換電倉運輸車的接駁方案與實踐

方金順 鄧國成

FANG Jin-shun et al

龍巖暢豐專用汽車有限公司 福建龍巖 364000

1 前言

電動汽車作為戰略性新興產業而被國家大力扶持，但由于電池充電慢、充電站建設占地面積大等系列瓶頸，發展較為緩慢。近年來，將單純的充電站升級為具有換電池和插充雙重功能換電站的技術路線引起業內廣泛關注。充換電站能夠提供電池充電和換電池兩種服務，即對接了目前國內整車購買和電池租賃這兩種主要的電動汽車銷售模式，增加了充換電站的目標客戶群體，增強了其地域適應性[1]。

換電倉運輸車是《車輛生產企業及產品（第232批）》公告產品，專用于換電站與集中充放站之間換電倉的運輸，換電倉運輸車工作示意如圖1所示。換電倉運輸車在換電站必須與換電站的換電倉周轉平臺進行接駁作業，實現換電倉裝卸。其接駁功能由運輸車與周轉平臺定位對接裝置、車廂地板升降裝置和換電倉裝卸驅動裝置等三個裝置共同完成。

2 實現接駁功能的關鍵裝置

2.1 定位對接裝置

由于換電站內周轉平臺是固定安裝的，因此換電倉運輸車需以周轉平臺為基準，保證兩者的中心偏差小于±20 mm。定位時，可通過在地面車輪位設置修正臺，分別調整前后輪的位置，以精確擺正換電倉運輸車裝卸車時的位置。修正臺采用伺服或變頻電機驅動，調節速度可設為定值，也可在線時調整，調節范圍可達200 mm，并在頂棚懸掛攝像頭，可目測對接偏差。定位對接裝置原理如圖2所示。

2.2 車廂地板升降裝置

運輸車的車廂平臺放置電池倉區域內布置有萬向輪地板升降裝置，裝置的升降行程為50 mm。升降裝置采用油缸驅動桁架機構，并在桁架機構上固定萬向輪群。四個油缸與桁架連接，驅動桁架上下升降。油缸活塞桿伸出時，桁架與萬向輪群平面升起，供電池倉移動。完成電池倉與周轉平臺交換作業后，油缸活塞桿退回，萬向輪群平面降下，電池倉回落到車廂平臺地板上，車廂地板升降裝置原理如圖3所示。萬向輪采用三條四組導向輪排（后部設錐形導向）組成兩個導向槽的布置方式，確保電池倉縱向移動軌跡偏差不大于±2 mm，萬向輪布置方案如圖4所示。

2.3 裝卸驅動裝置

裝卸驅動裝置是一套單自由度液壓驅動機械手，具有推拉功能，機械手爪具有對電池倉的抓、放功能，該機械手可把電池倉末端送出和收入車尾邊緣。機械手推拉行程約為350 mm，推拉速度為50 mm/s。周轉平臺補充設計了向上壓緊的動力滾輪，可提供約490 N的恒定摩擦力，且不受質心位置影響。裝卸驅動裝置原理如圖5所示。

3 換電倉運輸車接駁功能裝置的試制

基于上述接駁功能方案，試制了一套接駁裝置，并通過試驗對該方案進行完善。

3.1 接駁過程缺陷的消除

車廂地板靜態已調平，但液壓機械手爪推出電池倉與動力滾輪接駁過程時會出現卡滯、晃動、噪聲大的現象。分析發現，驅動升降機構的同步閥串接四缸同步回路的四個油缸時，存在不同步現象，當極限誤差反應在A、D兩缸時，電池倉底座兩側高低差值為6 mm，從而導致裝卸時出現卡滯、晃動、噪聲大的現象。兩缸極限誤差示意如圖6所示。

將系統改用并聯四缸同步回路，同步誤差理論值 δ+(－δ)+δ+(－δ)=0。經100次接駁作業，測得實際電池倉底座兩側高低差值為3 mm，從而保證了接駁過程平穩，噪聲也明顯減小。并聯四缸同步回路如圖7所示[2]。

3.2 控制系統人機界面的改進

接駁作業時，需要完成地板升降、液壓機械手爪推出及收回、液壓機械手爪抓放、車前液壓支腿升降、車后液壓支腿升降等動作，控制面板上需布置16個按鈕，如圖8所示，操作繁瑣且連貫性差。故考慮采用雙向自復位旋鈕開關取代單點單動按鈕開關，控制面板如圖9所示，每個操作流程可分別減少10 s。

3.3 電池倉移動線速度的驗證

電池倉移動時的動力來自兩個不同的動力源，即動力滾輪和周轉平臺滾筒，如圖10所示。周轉平臺滾筒直徑為89 mm，轉速為37.55 r/min，電池倉移動線速度為10.49 m/min，摩擦系數η=0.1；由于周轉平臺電機帶動6組48只滾筒，最大負載為12 000 kg， 考慮到電機轉速下降的因素，動力滾輪設計直徑為220 mm，轉速為14.67 r/min，線速度為10.14 m/min，摩擦系數η=0.2。經過100次接駁作業，測得電池倉移動線速度為10～10.10 m/min。

4 結論

采用方案設計的定位對接裝置、車廂地板升降裝置和換電倉裝卸驅動裝置可以實現換電倉運輸車在換電站的接駁功能，一次接駁時間約245 s。換電倉、周轉平臺及換電倉運輸車的標準化系統研究與標準實施，是電動汽車換電技術路線獲得成功的基礎工作，應加速推進。

[1] 劉振亞.中國電力和能源[M].北京:中國電力出版社,2012.

[2] 徐達,將崇賢.專用汽車結構與設計[M].北京:人民交通出版社,2008.