浅谈商用车换电技术方案

王传义　张顺义

【摘  要】本文针对商用车换电技术进行阐述，主要内容包括换电框体总成零部件介绍、换电流程、锁止机构工作原理和换电技术方案，为读者对后续换电系统部件开发及验证给予一定的指导意义。

【关键词】商用车；换电技术；锁止机构

中图分类号：U463.6    文献标志码：A    文章编号：1003-8639（ 2023 ）09-0029-02

Discussion on the Technical Scheme of Commercial Vehicle Power Exchange

WANG Chuanyi，ZHANG Shunyi

（XCMG Automative Division，Xuzhou 221100，China）

【Abstract】This paper describes the power exchange technology of commercial vehicles，including the introduction of the power exchange frame assembly parts，the power exchange process，the working principle of the locking mechanism and the power exchange technical scheme，so that readers can give some guidance to the subsequent development and verification of the power exchange system components.

【Key words】commercial vehicle；power exchange technology；locking mechanism

作者简介

王传义（1996—），男，电气工程师，研究方向为整车动力电池方案匹配和电器部件开发；张顺义（1986—），男，工程师，研究方向为整车动力电池方案匹配和电器部件开发（通讯作者）。

在国家稳步推进“双碳”目标的背景下，商用车产业加速向绿色低碳化发展，多元化技术路线正逐步形成。如图1所示，交通运输领域是全球减碳行动的重要领域，催生新能源汽车需求，如图2所示。换电模式作为快速提升充电速度和用户体验的技术路线，近年来得到快速发展，并且在商用车领域开始崭露头角。

另外，换电重卡采用车电分离的运营模式，能够大幅减少用户初期投入，直击电动重卡价格高昂的痛点。在使用成本上，油电差价越大，换电重卡能耗成本低的优势就会愈发凸显。因此，在市场需求和政策支持的推动下，商用车换电技术成为重卡电动化破局的可行路径。

1  换电框体总成介绍

不同于乘用车由一块电池构成整个换电系统，新能源商用车带电量更大，往往电池系统不只包含一个电池箱体。重卡换电技术是将装有电池系统在内的换电框架看成一个总成，上框压紧在底座上，底座连接在大梁上。换电底托和换电箱上框分离，实现换电过程。

1.1  换电系统部件名称及功能介绍

1）换电箱上框：电池箱结构主体，用于承载电池箱内部各设备的结构部件，为电池箱换电做硬件支持。图3为换电箱上框布置示意图。

2）换电底托：安装在车身大梁上，用于承载电池箱的结构部件，具备锁止及解锁功能，配备母端连接器，为电池箱换电做硬件支持。图4为换电底托布置示意图。

3）电池PACK：电池箱储能单元，具备充放电能力，可搭载BMS电池管理系统及TMS热管理系统，实现对电池PACK自身的数据管理及热管理[1]。

4）高压配电盒：电池箱配电单元，根据控制单元的输出指令，实现对电池箱的配电及保护功能。

5）低压控制盒：电池箱控制单元，负责对电池箱逻辑控制、数据管理及与整车的信息交互。

6）水冷机组：电池箱制冷单元，为TMS热管理系统冷却功能的核心部件，通过冷却液对电池PACK冷却或加热[2]。

7）膨胀水壶：TMS热管理系统中冷却液的补偿装置及系统保护装置，通过自身存储的冷却液对热管理系统的损耗进行补充，通过自身的膨胀功能及排气功能均衡冷却管路的压力，防止管路内液体因热胀冷缩导致压力过大而爆裂。

8）换电连接器：电池箱换电的关键部件，根据需要实现电池箱与整车之间电路的通斷，完成能量传输及数据交互。

9）直流充电枪座：电能传输的接口装置，通过充电枪座实现对电池箱的充电操作[3]。

1.2  换电框体总成开发需考虑的事项

1）匹配标准化换电站：新开发换电框架带标准化换电底托，兼容多种不同电量电池包，适用不同换电场景。

2）框架副梁和大梁的匹配：大梁是否有折弯特征，斜撑与部分车型车轮或其它部件的干涉问题。

3）内部水路、高低压线束的固定，原则上每200mm有固定点，搭铁孔的预留适应不同规格的标准电池箱等。

4）水冷机组的布置形式：比如布置最顶层、最底层或外置等。

2  锁止机构工作原理介绍

电池上框落下→气缸上锁，锁舌伸出压住上框→活塞杆抱闸锁紧。

气缸活塞抱闸解除→气缸解锁，锁舌缩进松开上框→电池上框吊取。

日常驻车，活塞气缸抱闸逻辑顺序：车辆启动→工作→需要换电，在换电站车辆电脑发出充电指示“气缸抱闸解除，活塞解锁”→换电站行车更换电池框→换电站信息换电完成→锁紧机构电控指示气控作业，气缸上锁，活塞抱闸→给车辆电脑指示，换电结束。

表1为换电检验综合测试内容，图5为换电控制系统测试界面，换电流程如表2所示，标准换电站如图6所示。

3  重卡换电技术方案

1）后背式换电技术。如图7左所示，其电池布置方案为传统的换电框架，最高匹配437kWh电量，该布置虽能快速换电，但整车重心偏高，特殊工况下存在安全隐患。目前，重卡行业逐渐聚焦向底部换电方案。

2）底部换电技术。如图7右所示，底部换电是底盘与电池一体化技术的成果，底部换电方案很多，根据不同车型布置需求，同时考虑开发投入，可分为：①整体框架布置电池箱体，利用标准电池箱进行集成设计，可实现性强，电池箱产品成熟，电量方案可选性强；②整体电池箱，将电池模组（MTB）或电芯（CTB）直接集成在框架中，集成度更高，需要电池厂需要重新认证换电箱体，开发费用高。

3）分体电池包：将布置于车架左中右的电池箱体看作单独换电总成，换电机构繁琐，水路、线束插接件较多，轻量化水平低。

4  总结

重卡已成为业内公认的换电模式最佳适用车型。几分钟内快速完成补能的换电模式，更适合重卡高频运营的需求。积极研发具有优良性能的换电技术是电动汽车产业发展的基础，从下一步技术升级方向来看，重卡行业各车企将陆续推出更超前换电技术方案，加快电动汽车行业换电产业化的进程。

参考文献：

[1] QCT 897—2011，电动汽车用电池管理系统技术条件[S].

[2] 肖成伟. 电动汽车工程手册 第4卷 动力蓄电池[M]. 北京：机械工业出版社，2019.

[3] GB 18384—2020，电动汽车安全要求[S].

（编辑  杨  景）