纯电动轻型商用车换电技术方案

纯电动轻型商用车换电技术方案

周科

安徽江淮汽车集团股份有限公司      安徽合肥       230601

摘要：当前，动力电池的能量密度与常规燃油相比仍有较大差距，由此导致的续航里程较短成为制约其发展的瓶颈。在具备批量生产条件、合理成本、易更换等前提下，提出符合实际需求的模块化分箱换电方案，并对所涉及的相关体系进行深入研究，为全电动轻型商用车换电策略的制定提供理论依据。

关键词：纯电动汽车；框架式车架；换电方案；快换接口

目前，新能源商用车续航里程一直是消费者关注的主要问题，主要表现为续航能力下降、电池容量下降、续航里程虚标、续航里程短等。相对于传统能源汽车，这些“痛点”问题一方面带来了较差的驾驶感受，另一方面也制约了车辆的使用范围。已有的纯电动轻型商用车续航里程普遍不超过300公里，很难满足用户的多元化需求。仅就续航能力而言，在短期内，纯电动轻型商用车还不能彻底取代传统能源的轻型商用车。

轻型商用车采用混合动力和氢燃料电池的技术路线，在一定程度上能够缓解用户的里程焦虑。然而，由于混合动力汽车同时具备燃油与电动车的两种构型，因此在重量与成本上相较传统车都不具备优势。氢燃料电池汽车使用的电混合技术路线，与纯电动汽车相比，增加了燃料电池发动机及其冷却系统、电压转换系统和氢气供应系统等，因此在重量和成本上都没有优势。而且，受限于整车长度尺寸及布置空间，氢瓶一般采用后部安装的布置形式，会侵占后部货箱的空间。

总之，纯电动是新能源轻型商用车发展的一条比较好的技术路线。纯电动汽车、框架式车架、快换接口可以解决消费者对于电动车续航里程短、充电速度慢等问题的担忧。因此，在纯电动轻型车中引入换电模式，解决续航焦虑问题，是一项全新的尝试。

1.换电技术方案

“换电”又叫“机械充能”，是一种新的补能方式，可使电量不足的车在短时间内重新上路。相较于传统的充电模式，换电模式具有快速补充能量和便捷更换电池的特点。通过电池替换，商用汽车可获得更强的耐久性和更长的使用时间，提升了运输的时效性。此外，换电模式解决了纯电动汽车的充电周期长、充电桩数量不足和停车位短缺等问题。轻型商用车的用户群对购买和使用成本和运载能力都比较敏感。从表1可以看出，适用于全电动轻型商用车的换电方式是模块化分箱换电。以换电为代表的车电分离模式，可以有效地减少纯电动汽车的首次购置费用，在一定程度上解决了电池回收困难和整车残值低的问题。在采用模块化分箱换电的方式中，涉及动力电池、车架、高压线束的连接、液冷水路的连接、车身的保护和换电操作的可行性。

1.1 动力电池方案

传统的纯电动轻型商用汽车，其动力电池配置在框架两侧，电池的尺寸、接口、连接方法等都不同，需要开发出更加先进的自动换电机械装备，专业生产电池处理设备。其动力电池支撑采用机械连接的方式，X方向的长度一般都比较大，大部分都配有液体冷却，这种布局方式和结构都不利于换电。模块分箱式换电方式是将动力电池配置在框架的左侧和右侧，利用小型动力电池模块化的方式，实现了快速换电和弹性扩展。在动力电池的 Y方向设置导正针，在框架上设置定位孔，以满足动力电池快速更换和卸载的定位；提供了一种用于动力电池的自锁栓，用于动力电池的安装与定位。

1.2 车架方案

传统的燃油汽车基本上都是侧梁结构，但是，在全电动轻量化商用车中，侧梁结构框架既不利于电池组的布局和替换，也不利于实现整车轻量化。模块分箱换电可以采用动力电池支架和车架一体化设计、动力电池仓分区设计和可变容量扩展等设计。

1.3 高压线束连接方案

模块化的动力电池，每个模块都有自己的电池管理系统和控制器。高压线束将电池模块与车辆主体连接。采用合理的引导机械结构，保证动力蓄电池上的高压电线束插头和蓄电池管理系统的预留插头精确地连接。该方案可以有效降低电池更换过程中的电池短路和电击的风险，提高安全性。还可以使车辆更加灵活，可以根据需要增加或减少电池模块以适应不同的运输需求。

1.4 液冷水路连接方案

液体冷却技术可使动力电池处于合适的工作温度，从而延长其使用寿命，延长汽车的续航时间。通过大致的计算，冷却剂的工作压力在100 kPa左右，在换电方式下，推荐使用快换接口的连接形式，常通水一面有自封闭的作用，便于迅速连接，同时也避免了更换动力电池时的冷却液泄露。

1.5 整车侧防护方案

由于动力电池是在车身的一侧，而且要经常更换，因此本文提出一种整体的可翻转侧防护，这样既能满足对动力电池的拆卸，又能起到防护防盗的效果。

2.换电方案的操作可行性校核

采用便捷的换电模式可以有效地降低汽车的运行费用，提升汽车的市场竞争力。这种换电方案在换电时首先开启整体侧防护装置，再用手持叉车等装置将动力电池拆下并装入新电池，预计更换电池需要10分钟左右，用户不用长时间等待换电完成并重新出发。模块分箱换电有效提高了纯电动轻型商用车运营效率，提高车辆运输能力，同时降低了客户等待的时间。

结束语：

综上所述，纯电动轻型车不仅能促进节能减排，而且具有较强的示范作用，考虑到蓄电池更换装置的配置与构建，需加大投资力度，加大政策扶持力度，促进企业创新。其中，最关键的是政策因素。因此，电动汽车换电技术的发展是一项不断革新、不断拓展的重要过程。在汽车行业的产业链上，只有实现汽车行业的科技进步与市场开发的良性互动，才能保证我国汽车工业的竞争力与可持续发展。相信在今后的发展中，伴随着电动车换电技术的不断完善以及政府对电动车的扶持，电动车的市场前景将会越来越广阔。

参考文献

[1]项冬东,王佩,李文涛,等.纯电动轻型商用车换电技术方案[J].汽车实用技术, 2022(12):047-051.

[2]王传义,张顺义.浅谈商用车换电技术方案[J].汽车电器, 2023(9):29-30.

[3]黄林波,尹潇,颜文森.电动汽车换电模式技术方案研究[J].2023(12):43-47.