純電動卡車設(shè)計應(yīng)用技術(shù)研究

馮浩

（中國重汽集團(tuán)濟(jì)南動力有限公司，山東濟(jì)南 250000）

0.引言

目前，全球環(huán)境不斷惡化，傳統(tǒng)化石燃料逐漸短缺，長期使用化石燃料引起的溫室效應(yīng)不斷加劇，在此背景下，“碳中和”成為我國環(huán)保政策的重要主題。我國提出要進(jìn)一步調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，減少因傳統(tǒng)化石能源使用造成的碳排放，目標(biāo)在2030年實現(xiàn)“碳達(dá)峰”，2060年實現(xiàn)“碳中和”，即實現(xiàn)二氧化碳“零排放”，在政策方面，傳統(tǒng)車企迎來了前所未有的挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)型是必然的。同時，全球油價不斷創(chuàng)出新高，傳統(tǒng)汽車的用車成本不斷提高，我國新能源汽車取代傳統(tǒng)燃油汽車只是時間問題。

新能源汽車是指氫燃料汽車、純電動汽車等非傳統(tǒng)能源汽車，其中電能作為二次能源，電能的儲存、利用，已經(jīng)相對成熟，因此純電動汽車是新能源汽車的一個重要研究方向。不僅是局限在乘用汽車方面，卡車作為商用車的一種，純電動卡車或重卡也已經(jīng)逐漸入市。卡車的燃油消耗量大，單體尾氣排放量更多，純電動卡車的逐漸成熟為卡車的節(jié)能降本指明了方向。純電動卡車的設(shè)計包括電器模塊設(shè)計及調(diào)試、整車布置設(shè)計、其他通用部件設(shè)計以及整車各模塊調(diào)試等；其中電器模塊的設(shè)計及調(diào)試是最大的難點，包括“電池、電機(jī)、電控”三大電動車專用電器件設(shè)計、其他電器件設(shè)計、電動車線束設(shè)計、各電器模塊聯(lián)合調(diào)試。車展中的純電動卡車圖1所示。

圖1 車展中的純電動卡車

1.純電動卡車關(guān)鍵部件設(shè)計

一般來說，電動卡車與傳統(tǒng)卡車最大的區(qū)別在于更換了全新的動力系統(tǒng)，取消了發(fā)動機(jī)、變速箱部分，以及油箱，取而代之的是“電池、電機(jī)、電控”3大專用部件。電動車電器件構(gòu)成圖2所示。

圖2 電動車電器件構(gòu)成

（1）電池：純電動新能源汽車的核心部件，根據(jù)電池組件的串并聯(lián)方式不同，可以將電池組件裝成不同型式的電池包，又根據(jù)電池充電續(xù)航方式的不同，有換電模式與傳統(tǒng)充電模式兩種，其中換電模式逐漸成為近些年的主流模式。在換電模式下，整個電池包可以通過換電站工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂的抓取實現(xiàn)更換，來實現(xiàn)電動卡車?yán)m(xù)航。卡車換電模式圖3所示。（2）電機(jī)：電機(jī)與電機(jī)控制器是電能轉(zhuǎn)換為動能的關(guān)鍵設(shè)備，電機(jī)通常為三相電機(jī)。（3）電控：電控模塊是純電動車最為復(fù)雜的關(guān)鍵模塊，主要包括多合一控制系統(tǒng)、低壓配電單元、車輛控制系統(tǒng)（VCU）、電機(jī)控制器等底盤電控設(shè)備，多合一主要實現(xiàn)DC-DC、空壓機(jī)控制、轉(zhuǎn)向泵控制、高壓配電等功能，VCU則是底盤控制中樞，通過與電機(jī)控制器配合實現(xiàn)動力系統(tǒng)控制。

圖3 卡車換電模式

2.其他電器件設(shè)計

除了三大電動車專用部件以外，純電動卡車還有空調(diào)系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)總成，以及其他用電器。純電動卡車的空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計過程中，由于純電動車沒有發(fā)動機(jī)，空調(diào)系統(tǒng)需要加裝PTC來供暖，因此PTC模塊也需要布置在底盤。相比于傳統(tǒng)儀表，純電動儀表往往采用自帶的主從站控制系統(tǒng)，通過內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò)與外部CAN網(wǎng)絡(luò)通信，內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò)是純電動儀表本體、儀表主站控制系統(tǒng)、從站控制系統(tǒng)之間的通信網(wǎng)絡(luò)，外部CAN網(wǎng)絡(luò)是整車CAN網(wǎng)絡(luò)，儀表控制主站與整車之間CAN網(wǎng)絡(luò)通信來實現(xiàn)儀表控制，儀表本體與整車之間的CAN網(wǎng)絡(luò)通常為傳遞儀表顯示信號。純電動卡車的轉(zhuǎn)向泵、氣泵、空調(diào)壓縮機(jī)均為高壓供電，高壓器件往往都需要外殼搭鐵接地。

3.純電動卡車線束設(shè)計

對于整車廠而言，純電動卡車線束設(shè)計是整車廠的重要工作內(nèi)容，主要包括駕駛室線束設(shè)計、低壓控制線束設(shè)計、高壓線束設(shè)計、其他底盤線束設(shè)計等。純電動卡車的駕駛室線束設(shè)計與傳統(tǒng)燃油車相比，儀表的控制邏輯不同，因此駕駛室線束對接部分需要重新設(shè)計；燃油車往往有整車廠設(shè)計或外購的微控制器，而電動車儀表顯示較為復(fù)雜，數(shù)據(jù)傳輸較多，因此儀表本體直接通過CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，減少插線針腳，優(yōu)化了插接口，將針腳硬線邏輯部分劃分至主從站，駕駛室線束與主從站之間進(jìn)行邏輯匹配。

低壓控制線是底盤線束的一部分，由于電動車底盤布置與燃油車相差較大，增加了電機(jī)控制器、VCU等設(shè)備，這些電器件的基本控制邏輯往往都是由低壓來控制高壓，因此設(shè)計了低壓控制線束來串聯(lián)電機(jī)控制器、四合一、空調(diào)壓縮機(jī)等高壓電器附件，實現(xiàn)低壓控制。

高壓線束部分是底盤線束設(shè)計的難點，高壓線束一般外徑在25mm～30mm左右，普遍較粗，折彎半徑為5D，因此基本不能隨意折彎，對于高壓線走向和整車高壓附件的布置要求較高。如果整車高壓附件布置不合理，高壓線不能直接連接，需要繞行才能連接，增加了工作難度，并且由于高壓線束金屬插頭的長度較長，高壓附件接口端需要留夠空間插接。

上電時，高壓線易造成電磁干擾，線束的屏蔽要設(shè)計嚴(yán)謹(jǐn)，整車底盤地線搭鐵與駕駛室各電器模塊搭鐵不可串接，容易對CAN網(wǎng)絡(luò)造成干擾。其他底盤線束部分與燃油車基本一致，底盤線束CAN線要盡量少接，防止電磁干擾。

4.純電動卡車調(diào)試

純電動卡車調(diào)試工作一般遵循先低壓后高壓、先動力系統(tǒng)后其他系統(tǒng)的基本原則進(jìn)行。先在低壓情況下將卡車的各種回路檢查一遍，保證整車CAN網(wǎng)絡(luò)的高低端間電壓及電阻值正常，如果不正常的話，需要查出問題，直到能連接刷寫工具，再通過整車CAN網(wǎng)絡(luò)刷寫動力總成程序，動力總成刷寫過程中會反饋故障信息，根據(jù)該信息進(jìn)行工作。低壓情況下沒有問題，則進(jìn)行高壓調(diào)試，測試車輛的各項工作狀態(tài)。

5.結(jié)語

新能源的研究是未來科技的主要方向之一，純電動卡車作為新能源車的重要的一部分，設(shè)計過程較為復(fù)雜，需要將各個電控模塊的工作原理了解清楚，將各部分線束布局和針腳定義、電路邏輯設(shè)計嚴(yán)謹(jǐn)，以及邊調(diào)試邊解決問題，對于工程師的理論儲備與設(shè)計能力要求較高。不過，隨著模塊的集成簡化，技術(shù)的不斷進(jìn)步，純電動卡車的各個部分都會逐漸優(yōu)化，以適應(yīng)當(dāng)前及未來社會。