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纯电动汽车充电基座布置要点
2020-11-01 22:38:29· 来源：天津汽车研究所
目前整车布置要求中，并没有针对纯电动汽车充电基座的系统化设计准则。从整车总布置的角度出发，综合整车安全需求、用户使用需求、零部件设计需求等多方面，分析
目前整车布置要求中，并没有针对纯电动汽车充电基座的系统化设计准则。从整车总布置的角度出发，综合整车安全需求、用户使用需求、零部件设计需求等多方面，分析并总结了纯电动车充电口的布置、设计要点，并从充电桩位置分布出发，结合市场上部分纯电动汽车充电口位置的分布数据，分别从造型影响、布置空间以及方案成本的角度对比了不同位置充电口的优劣，最终得出靠近车辆前方的集成式充电口方案更优。为电动汽车布置工作提供了参考。
纯电动汽车相对于传统燃油车最大的体验区别在于能源的补给方式。传统的燃油车仅需几分钟就可以加满燃料，而纯电动汽车则需要以充电的形式补充能量，这一过程所需的时间要远大于加油的操作。一般纯电动汽车会设置快充和慢充2个充电接口，用户时间充足的情况下建议使用慢充口对电池进行充电，充满一次电大约需要6~8h；快充口做为直流大功率充电口，主流车型充满电都可做到1h以内。目前关于充电口的设计要求并没有标准化的参考，文章从整车总布置的角度出发，结合客户使用需求，得出了系统化的充电口布置要求，并对不同位置的充电口优劣做了对比。
01 充电口的布置要求
目前我国对于充电口的布置位置并没有严格的法规要求，综合来说，充电口在布置的过程中均要考虑到以下4个方面。
整车安全要求
充电口的布置安全
在行驶过程中，充电口本身不带电，但由于充电口通过高压线连接到充电机，因此在布置过程中，需要考虑整车的高压安全问题，尽量避免将充电口以及其线束布置在碰撞变形区内，以防撞击过程中由于钣金件的变形引起高压线束被挤压或者割断，带来相关的安全风险。
充电线的布置安全
由于充电线均属于高压线，除了尽量避免布置在碰撞变形区内，还应考虑与周边信号线的相对距离，以免对其产生电磁干扰，影响信号的传输。另外，为了考虑乘客的安全与心理感知，应尽量避免将高压线布置在乘客舱内。
用户使用要求
纯电动汽车的充电频率要远高于传统燃油车的加油频率，因此充电时客户操作的方便性也是布置充电口时必须要考虑的因素。
充电口的位置高低
从人机工程的要求考虑，充电口不宜布置的过低，应在客户正常的可视范围内，并能轻松的完成充电枪的插拔动作。考虑中国95!的人体比例，应将充电口的高度设置在不低于空载地面线以上650mm。
充电枪的插入角度
充电枪的插拔角度也需要在客户舒适的发力角度内，由于这一角度与充电口的高度也密切相关，可以在确定充电口高度后，通过评估的方式确定。某车型充电枪的插拔方向与水平面夹角约为60度，如图1所示。
充电枪/口的可见性
由于慢充时间较长，再次使用车辆时驾驶员有遗忘充电的可能，充电口应尽量设置在车头正前方或驾驶员一侧的车身结构上，以保证驾驶员在上车时充电口的充电状态可见。与此同时，也应通过一些整车控制措施来检测充电口的工作状态，保证充电插头插合时，车辆处于不可行驶状态。
充电口附近的状态指示灯或照明灯
由于充电口均设置在车辆外部，用户在给车辆充电时，无法观测到车内仪表盘上的充电状态，因此，用户希望在充电口附近可以有标示充电状态（是否充满电）的信号指示灯，如图2所示。另外，在夜晚或者能见度较低的环境下需要充电时，也应有相应的引导照明装置。
充电小门的布置要求$
充电小门形式选择
考虑车辆外观以及充电口的密封与安全性，整车都会匹配有充电小门对其进行遮盖。目前市面上常见的充电小门有翻转式与滑动式2种。
1）翻转式充电小门。翻转式小门是市面上最常见的开启机构，如图3所示。其与传统车的加油小门基本一致。
2）滑动式充电小门。滑动式小门一般通过连杆机构实现小门沿某方向的平行滑动，如图4所示。
滑动式小门的背面不会外露，更加美观。但连杆的运动较为复杂，成本高于铰链旋转臂，因此应尽量将快、慢充电口集成布置在同一处，以节省整车费用。
充电小门开关安全要求
充电小门从整车功能与安全角度考虑，应不能从外部直接开启，需要通过车内控制或车辆电动钥匙进行解锁。另外，当充电小门开启时，车辆内应有相关的警示提示。因此，充电小门上应考虑布置相应的传感器信号装置。
充电小门强度要求
纯电动汽车充电频率高，充电小门需要频繁开启或关闭。因此充电小门的结构刚度应不低于传统加油小门的结构刚度要求2.5N/mm，另外耐久性能也要高于传统的加油小门，并且其周边搭接零件的刚度与强度也应考虑适当的加强。图5示出某车型将充电小门设计在翼子板上，翼子板需要增加焊接支架来增加局部强度。
小门开启包络要求
需要注意小门的运动包络与充电口盖的距离，推荐最小为8mm，如图6所示。充电小门开启后需避让充电枪包络以及手操作空间。
造型整体需求
充电口的布置位置与造型的关系也十分密切。一般来讲，基于制造工艺要求，充电口门分缝线与侧围特征线的间隙应大于25mm，至少保证15mm，与侧围其他分缝线距离应大于25mm，如图7所示。
充电座的设计要求
2015年我国发布的《电动汽车传导充电用连接装置》标准（下文简述为标准）中，涉及到充电口布置的要求主要有2点。
充电座的防护要求
标准中，要求车辆侧充电接口应有配属的防护装置，以确保插头和插座未插合时满足防护等级IP54的要求。因此充电座保护盖是不可忽视的，一般有弹开式、插拔式及充电小门集成一体式，如图8所示。
电子锁的解锁拉索布置
在充电过程中，充电枪与充电接口应具有锁止功能，防止充电过程中意外断开。而为了防止电子锁失效，也需要在车辆插座上安装备用的机械解锁装置。目前机械解锁装置一般通过拉索实现，拉索一般布置在靠近充电基座附近的位置，如图9所示。
02 充电口的布置位置
充电口在整车的位置选择一方面要考虑充电装置，另一方面要考虑整车驱动系统的整体布置。
充电装置简介
纯电动汽车的快充常见的充电方式大致有以下3类。
便携充电
便携充电是指使用随车附带的便携充电线连接普通家用插座充电，如图10所示。由于充电速度慢，该方式只能做为一种辅助的充电方式。
家用充电桩
家用充电桩是最常见的一种充电桩，如图11所示。一般分为壁挂式和立式2种，充电电压为220V，一般在6~8h内完成充电，收费标准为民用电费。此充电方式较为便捷。
公共充电桩
公共充电桩一般分为快充和慢充，如图12所示。
统计目前家用以及充电站中的充电桩位置，可以发现充电桩位置设置在车头（尾）侧以及车位四角的比例略高于设置在车身侧。由此来看，将充电口设置在靠近车头或车尾侧更加方便客户进行充电操作。
驱动系统整体布置考虑
对于纯电动汽车，充电基座需要通过线束与其他驱动系统零件相连。考虑线束价格和功率损耗，应尽量减短线束长度。因此充电基座应尽量靠近充电模块。
充电口位置的市场现状分析
统计目前国内销量较高的26款纯电动车的充电口位置，按照车头位置（包括标牌与格栅）、左前翼子板、右前翼子板、左后侧围、右后侧围、车尾位置，划分为6个区域进行归纳，如图13所示。
充电口位置分布最终统计情况，如图14所示。充电口布置在车辆的左右侧的比例基本相同。快充和慢充口的相对布置位置统计，如图15所示。除combo式集成充电口外，约一半的纯电动汽车选择将快充口与慢充口分离布置，这主要是由于很多纯电动汽车是在传统车架构基础上进行开发的，因此会沿用传统车车身上的加油口作为其中一个充电口；在集成布置充电口的车辆中，超过大半的车辆将集成充电口布置在车头处，小部分的车辆选择放在后侧围上。
将快充口与慢充口集成布置的策略可以减少一个充电门系统，节省费用，但相应需要的布置空间会增大。从集成式充电口的位置选择来看，大部分集成式充电口布置在了车头处，主要考虑以下3个方面：1）造型方面：车头处的隔栅、标牌的造型面较为平整，便于增加充电口特征。
2）布置空间方面：新能源汽车由于前舱布置空间相对传统车充裕，车头处空间较大，线束、管路较少，因此更利于充电口的布置。
3）成本方面：一般新能源车的充电模块、电机等部件均布置在前舱，因此，将充电口前置相对来讲走线更短，成本更低。
03 结 论
通过对市场现有纯电动汽车的分析以及各类充电桩的统计，归纳出了常用的充电口布置位置。从布置要求来看，首先新能源汽车由于前舱布置空间相对传统车充裕，车头处空间较大，线束、管路较少，因此更利于充电口的布置。其次考虑造型方面的特征，一般车头处的隔栅、标牌的造型面较为平整，更加便于增加充电口特征。
从客户使用感觉来看，应尽量将充电口布置在车头或车辆靠前方位置，更加便于观察以及操作。从成本投入考虑，若充电模块、电机、电池等部件均布置在车辆前侧，那么将充电口前置相对来讲走线更短，成本更低。但也有部分新能源车是在传统车上进行改型开发，还需考虑钣金的共用策略以及模具费用等。
--END--
作者：宋 丽
公众号编辑：胖 佶
来源：《汽车工程师》
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