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纯电动轻型商用车换电技术方案

2022-07-22 16:54:18·  来源：电动学堂  作者：项冬东等  
　
文章来源：陕西汽车控股集团有限公司有关数据表明续航是新能源轻型商用车用户的关键痛点所在，与其有关的有续航降低、电池容量衰减、续航虚标、续航不足等问题。

文章来源：陕西汽车控股集团有限公司

有关数据表明续航是新能源轻型商用车用户的关键痛点所在，与其有关的有续航降低、电池容量衰减、续航虚标、续航不足等问题。与传统车型相比，其痛点问题一方面限制了应用场景的拓展，另一方面带给使用者不佳的驾乘体验。

现有的纯电动轻型商用车续航一般在300km以内，无法与主流柴油轻型商用车续航相媲美，难以满足轻型商用车客户多样化的需求。单从续航角度来看，短时间内纯电动轻型商用车无法完全替代柴油轻型商用车。
混动车型与氢燃料电池车型的出现对于缓解里程焦虑具有一定的促进作用，但也存在一些问题。混动车型具有传统燃油车型和纯电动车型的双重结构，导致其自重和成本均不占优势。氢燃料电池车型采用电电混合技术路线，相较于纯电动车型增加了燃料电池发动机、燃料电池发动机冷却系统、电压转换系统及氢气供给系统等，自重及成本方面相较纯电动车型不占优势，且受制于整车长度尺寸及布置空间，氢瓶一般采用后背的布置型式，会侵占上装的空间，在车辆运营的全生命周期内会降低客户的收益。

综上所述，纯电动为新能源轻型商用车较优的技术路线，如何破解里程焦虑成为纯电动轻型商用车的关键所在。乘用车的先进技术及模式引领着商用车的发展，纵观率先将换电车型投入市场的蔚来和北汽，在一定程度上消除了用户对新能源汽车续航短、充电慢的顾虑。基于此，为缓解里程焦虑将换电模式运用到纯电动轻型商用车不失为一种新的尝试。

1换电技术方案
换电技术是通过换电装置或者人工对汽车上的电池组进行更换来实现。轻型商用车用户群体对于购车成本、使用成本及载货吨位较为敏感，结合表1可知，适合于纯电动轻型商用车的换电模式的是模块分箱换电。换电及其衍生的车电分离模式将能有效降低纯电动车初期购置成本，同时动力电池回收难、整车残值低等问题能得到一定程度的缓解，并能够提高运输的时效性。

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采用模块分箱换电方案时，涉及动力电池、车架、高压线束连接、液冷水路连接、整车侧防护及换电操纵可行性等均需重新进行设计分析。
1.1动力电池方案常规纯电动轻型商用车的动力电池布置于车架两侧，动力电池支架为机械连接结构，X向尺寸较长并且多数带有液冷装置，如图1所示，此种布置型式及结构不利于换电。

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模块分箱换电方案中动力电池布置于车架左右两侧，采用小规格动力电池进行模块化布置，既可以快速换电又能支持弹性扩容，如图2所示。

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动力电池沿Y向布置导正销，车架上布置有定位孔，满足动力电池快换装卸定位导正；动力电池上设计有自锁固定插销，在安装定位时，自锁固定插销自动将动力电池扣锁在车架上。
1.2车架方案常规燃油车基本采用边梁式车架，如图3所示。但对于纯电动轻型商用车的换电方案来说，采用此种车架，一方面不利于动力电池的布置及更换，另一方面不利于整车的轻量化设计。

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框架式车架结构如图4所示，具有动力电池框架与车架一体化设计、动力电池仓的分仓设计及动力电池仓容积可变的扩容设计等优点，框架式车架通过电池仓的合理设计可对底盘换电方案进行接口的预留及拓展。

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1.3高压线束连接方案通过合理的导向机构设计确保动力电池上的高压线束插接器与电池管理系统预留的插接器连接准确，如图5所示。动力电池管理系统根据整车电压平台选择合适的串并联型式。

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1.4液冷水路连接方案液冷技术有助于动力电池在适宜的温度工作，能够提高动力电池的使用寿命及整车的续航里程。经过粗略计算，冷却液工作的压力约100kPa，对于换电模式来说，冷却水路连接建议采用快换接头的连接型式，如图6所示，常通水一侧具有自密封功能，有利于快速连接，也不会因动力电池的更换导致冷却液的泄漏。

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1.5整车侧防护方案由于动力电池位于整车侧面，需要进行频繁的更换，建议采用整体式可翻转侧防护，一方面满足动力电池的拆装，另一方面兼顾防盗的作用，如图7所示。

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2换电方案的操作可行性校核
简单轻便的换电方式在降低车辆运营成本的同时能提高车辆的市场竞争力。初步规划换电时打开整体式侧防护，然后通过手动叉车或类似的设备将动力电池取出和放入，预估更换所有动力电池所需时间在十分钟以内，换电操纵的可行性校核如图8所示。

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3结束语

纯电动轻型商用车既可为区域减排降碳做出贡献，又有强烈的示范效应，在政策大力支持及社会广泛关注下将迅速发展，换电不失为缓解里程焦虑的一种可行手段。本文提出了合理的纯电动轻型商用车换电方案构想，以供广大同行借鉴。

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