一種用于純電動車輛應急救援的專用車設計

魏玉宏 劉小艷 林園園 李媛媛

徐州徐工隨車起重機有限公司 江蘇徐州 221000

1 前言

近年來，伴隨國家發展新能源汽車戰略的持續推廣，中國純電動汽車保有量不斷攀升。根據數據顯示，2019年中國純電動汽車保有量升至310萬輛，達到自2014年以來的歷史新高。從2014年到2019年，中國純電動汽車保有量從8萬輛不斷增加到310萬輛，純電動汽車市場規模不斷擴大，呈現出快速擴張的趨勢，社會對其發展看好。但是，純電動汽車的配套設施覆蓋率和技術水平還有待提高[1]。

首先，整車續航的要求越來越高，由于充電樁的發展普及度相對滯后，整車急需充電時找不到充電樁，此時就需要移動充電車來進行緊急補給。

其次，純電動車輛與傳統營運車輛相比，取消了發動機、燃油系統及變速傳動機構，變為動力電池儲能，電機驅動，增加了各部件的傳感、控制系統，新的技術路線在實際使用過程中也存在諸多問題需要解決[2]。筆者從用戶單位實際使用調研得知，動力電池、牽引和制動系統故障，導向系統、風源系統故障是影響車輛正常運行和應急救援效率的關鍵。

眾多的研究機構和學者對營運車輛的應急救援進行了大量的研究，主要關注預防交通事故的發生。但交通事故具有無法徹底預防的客觀必然性，因此，在交通事故發生后進行高效快速的應急救援，預防二次事故的發生，具有重要的意義[3]。目前，在車輛實際應急救援過程中，針對傳統營運車輛應急救援的經驗積累較多，但對純電動車輛的故障類型缺乏針對性救援策略，應急救援效率低下。因此，針對車輛救援過程中關鍵救援技術的研究和裝備研發是提高應急救援效率的一個重要途徑。

2 裝備組成及功能

根據市場需求，筆者設計了一種用于純電動車輛應急救援的專用車如圖1所示。該車主要由底盤及取力機構、車載移動充電系統、卷揚機構、吊臂總成、液壓系統、托臂總成、車尾電、液、氣接口、操作系統和儲能電池充電接口組成，該裝備具有起吊、托牽、拉拽、硬牽引及搶修功能。

圖1 應急救援裝備

3 車載移動充電系統實現快速搶修和輔助救援

此系統由充電系統（補電機）和液壓動力系統組成，針對純電動車典型的故障模式提供救援方案，如表1所示。該系統主要用于事故車輛現場搶修。不同用戶對于設計參數的需求會有不同，文章只針對常用的設計參數進行說明。

3.1 充電系統

車載移動應急救援系統救援

表1 純電動車輛典型故障模式下工作模式選擇

充電系統采用車輛電瓶提供24V啟動電源，補電機監控板上電，控制系統啟動和自檢，與儲能電池BMS建立通信，同時系統內部DCDC啟動，系統輔助電源建立，由DCDC電源模塊給所有控制系統、二次控制回路等進行供電，車輛電瓶旁路；同時增加一個輸入手動開關，當需要給車輛充電時，此時需手動控制開關給整個系統通電，待控制系統初始化完成以后，再給外部車輛充電。如圖2所示，該系統具備DC-DC轉換功能，輸出電壓280～750 V，功率100 kW，國標充電槍輸出；緊急輸出電源輸出接口，輸出電流60 A，由補電機控制儲能電池輸出；3 kWDCDC功能，供應車輛蓄電池及照明，具24 V低壓直流快插接口；5 kW DCDC功能，供應車輛應急轉向剎車，具24 V低壓直流快插接口；5 kWACDC功能，供應車輛應急轉向電機，具380 V高壓交流快插接口；該系統具備對外快速補電接口，以國標充電槍方式輸出；系統具備兩個CAN接口，可以同時和兩組電池組進行控制和通信；人機界面上面可以顯示電池組的信息，操作各種工作模式；補電機系統具備身份認證和計量，在線更新管理功能。

3.1.1 系統工作模式設計

圖2 充電系統

手動將補電機的面板上“旋鈕開關”操作至“ON”（開）位置，系統輔助電源建立，操作面板、進入不同模式選擇。如圖3所示，人機界面可以提供國標充電槍、應急模式、儲能電池充電3種充電模式，滿足車輛不同故障模式下，工作模式的選擇。國標充電槍控制原理如圖4所示。

圖3 工作模式選擇

圖4 國標充電槍控制原理

3.1.2 國標充電槍

如圖3所示頁面上選擇“國標充電槍”，補電機向SBMS發送請求放電命令，電池包內部放電繼電器RY閉合。進入如圖5所示充電模式界面，選擇一種充電模式，點擊“開始充電”，補電機系統控制的主接觸器KM1/2閉合， 系統高壓電源模塊得電進入待機狀態，補電機開始與外部車輛BMS通訊；電源模組得電后充電檢測完成后，充電槍端接觸器KM5/6閉合，補電機對外部車輛BMS充電開始。

達到一定電量自動停止，或者手動停止，充電結束，關閉KM5/6，此時補電機的充電槍電子鎖斷開，將充電槍從外部車輛槍座拔出后將槍線盤好放置。客戶按屏幕上方“關閉系統”按鈕，補電機系統關閉模塊，隨后關閉KM1/2繼電器，系統通知SBMS斷開電池接觸器R Y。手動將補電機面板上外接的旋鈕開關操作至“OFF”（關）位置，系統斷電停機。

圖5 充電模式選擇

3.1.3 應急模式

將補電機的外部接插口連接到事故車輛相應端口，如圖3所示選擇“應急模式”，補電機向SBMS發送請求放電命令，電池包內部放電繼電器RY閉合。進入如圖6所示應急模式選擇界面，選擇一種或幾種應急模式，補電機系統對應的接觸器閉合，補電機對外部車輛應急供電開始。當選擇“應急供電輸出-高壓”時，會彈出確認界面，進行危險提示。同時通過BMS讀取高壓輸出電流信息。使用完成后，關閉各功能輸出。應急模式控制原理如圖7所示。

3.1.4 儲能電池充電

如圖3所示選擇“儲能電池充電”，補電機系統對電池系統數據進行監控，如果充電完成，根據國標GB 27930定義，如圖8所示會顯示SOC 100%，部分車輛由于電池帶有修復功能，在快充下可能出現95%停止情況。充電結束，關閉系統，補電機系統關閉DCDC模塊，手動將補電機面板上外接的旋鈕開關操作至“OFF”（關）位置，系統掉電停機，儲能電池充電原理如圖9所示。

圖6 應急模式選擇

圖7 應急模式控制原理

3.2 液壓動力系統

該系統與應急救援裝備液壓系統相互獨立，主要由電機泵、液壓油箱和壓力繼電器等組成。如圖9所示，選擇備用液壓供電，從補電機取24V電源，通過直流電機帶動液壓泵向外部車輛提供16MPa、10L/min動力源。如圖10所示，通過2個壓力繼電器K1、K2檢測液壓泵口壓力，壓力達到16MPa（該值可調）時停止電機，動力源停止工作，低于8MPa（該值可調）時開啟電機，動力源開始工作，對外輸出動力。恢復外部車輛轉向系統正常運轉。

3.3 硬牽引和托牽救援

如現場無法實現快速搶修，需利用救援裝備、采取硬牽引或托牽方式將故障車輛快速托移離開事故現場，恢復中斷的交通。

3.3.1 硬牽引救援

圖8 SBMS信息

圖9 儲能電池充電

圖10 液壓動力系統

故障車無物理損壞，具備自行走功能時，可采用硬牽引桿進行應急救援。如圖11所示，將牽引桿兩端可靠連接救援車尾部和故障車輛前部牽引鉤。牽引前，需檢查故障車輛情況，可通過連接裝備尾部氣壓接口，解除故障車輛風源系統故障；可利用車載移動充電系統解除轉向系統故障、牽引和制動系統故障。全部故障解除后，前車牽引，故障車后部跟隨，快速離開事故現場。

3.3.2 托牽救援

故障車前輪輪胎或車橋損壞，無法實現自行走功能時，利用托臂總成，配合作業輔具叉座和叉架進行應急救援。如圖12所示，將托臂水平貼地伸縮到故障車前懸可托舉的位置，可靠固定后，將故障車前懸托舉至前輪離地200 mm左右，注意故障車后懸與地面留有足夠的安全距離。托牽行駛前，需檢查故障車輛情況，解除全部故障后，將故障車輛快速托移離開事故現場。后輪輪胎或車橋損壞處理方式相同。如故障車輛不是全輪轉向，也可以采用托舉前輪或后輪的方式進行應急救援。

圖11 硬牽引救援

圖12 托牽救援

4 結語

本文針對純電動車典型的故障模式設計了救援方案，該方案可以解決單一故障模式，也可以同時解決表1所示典型故障模式，實現現場快速搶修需求。如遇現場無法快速搶修情況，需要車載移動充電系統輔助救援、解除車輛部分或全部故障模式，利用救援裝備、采取硬牽引或托牽方式將故障車輛快速托移離開事故現場、恢復中斷的交通。

筆者針對純電動車輛救援過程中關鍵救援技術和裝備進行了探索研究，但是，事故現場情況復雜，應急救援無定式，需要用戶單位結合救援實際情況，不斷總結形成典型的救援案例及需求，聯合設備制造廠家一起，深入開展應急救援技術研究和裝備研發，不斷提高事故車輛應急救援效率，有效避免長時間的交通擁堵，降低營運企業運營風險，保證人民群眾的生命財產安全。