换电模式下电动汽车电池移动板的研制与应用

钟恒坚， 戴咏夏

（1.国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州 310009；2.国网浙江省电力公司电动汽车服务分公司，杭州 310012）

换电模式下电动汽车电池移动板的研制与应用

钟恒坚1，2， 戴咏夏1，2

（1.国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州 310009；2.国网浙江省电力公司电动汽车服务分公司，杭州 310012）

动力电池置换是电动汽车日常换电工作的一项重要程序。针对电动汽车后备箱内电池移动缺乏辅助工具、后备箱饰件极易摩擦破损等问题，分析了后备箱辅助移动板的主体板材及减少摩擦力部件材料，研制了新型的蜂窝式电池移动板。实际应用表明，应用该电池移动板可使换电工作更为轻松省力，提高了安全性和工作效率，减少了车辆后备箱检修维护成本。

电动汽车；换电模式；电池移动板；研制；应用

随着气候变化、能源短缺等问题的日益凸显，电动汽车已经成为汽车工业未来的发展方向[1]。目前电动汽车能源供给方式有充电模式和换电模式2种[2-4]。充电模式指电动汽车采用整车充电的方式，按充电功率的大小又可分为常规充电和快速充电。换电模式是指将车辆和电池分开考虑，用户只购买汽车，由电池租赁公司负责电池的更换、充电、保养和回收的方式。这2种模式在国际上已经得到不同程度的尝试和应用，其中对充电模式的研究、设备开发[5]相对较多。中国国家电网公司和南方电网公司于2011年提出了以换电为主的商业模式。但是在电动汽车更换电池过程中，因电动汽车电池从电池仓移至电池转运车时，在车辆后备厢内存在视角盲区，导致车辆后备厢地毯容易产生摩擦破损。为此，有必要研制便捷的动力电池移动板。

1 现状

目前，在将电动汽车电池从车上运输到电池转运车之间的过程中，尚缺乏可以辅助电池运输移动的工具，电池在移动中直接放置在车后备厢地毯上，而地毯是汽车厂商铺设的较为美观的棉绒材料，摩擦力较大且极易破损。经测量，拉动每箱电池至少需要312 N的拉力，即使使用防刮布进行保护，对后备厢地毯的保护作用也很有限。

考虑到电动出租汽车的工作特性，其电池更换更为频繁，往往正常行驶数月后车辆后备厢地毯便出现破损现象。通过对运营中的40辆电动出租汽车的车辆破损情况调查统计，发现进入充换电站换电车辆的内饰件破损率高达100%，尽管司机定期到4S店保养维修，换电池时轻拿轻放，但也仅能减缓车辆破损，无法有效避免车辆因换电引起的破损问题。破损的后备厢不仅影响车辆的换电效率及正常运行，也有损电动出租汽车的形象。

2 动力电池移动板的设计与开发

2.1 可行性分析

为避免电动汽车后备厢饰件因换电而导致破损，提出了研制开发电池辅助移动工具的3种方案（见表1）。经分析评估，确定“车辆后备厢临时铺设保护板”的方案为最终方案，该方案为电动出租汽车量身定制了摩擦力小且保护性好的电池移动板，在换电时铺设上去，可有效避免车辆地毯及护板破损，还能使换电更为省力。

2.2 设计方案的确定

2.2.1 主体板材的选择与确定

电动汽车是新兴产业，市场上尚未见生产或销售类似换电设备，需要对便携移动板的主体板材和减少摩擦力部件材料予以选择和确认。

根据表2所列的各种主体板材方案，考虑到重量、强度、易加工性等因素，通过模拟试验，确定采用工程塑料作为主体板材。

2.2.2 减少摩擦力的部件

根据表3所列的减少摩擦力部件的多种方案，通过模拟试验，滚珠和防刮条均可采用。

2.3 实施方案确定

表1 可行性方案分析评估

表2 主体板材方案比较

表3 减少摩擦力部件方案比较

便携移动板的主体板材确定采用工程塑料，减少摩擦力部件采用滚珠或防刮条均可，但哪种材料更有效还有待验证。

2.3.1 滚珠的选择和使用

通过对多种材料的对比研究，发现PA6聚酸胺材料更适合制作移动板。该材料的机械强度、刚性、韧性、耐磨性都很优秀，且加工方便。采用重量轻、体积小的UFO形滚珠并使用拉铆钉固定，组合方式如图1所示。为了使滚珠的使用效果最好，根据电池长725 mm、宽220 mm的实测尺寸，经过反复试验调试，最终确定在保护板上镶嵌32颗滚珠，滚珠之间的横向轴距小于100 mm。

图1 滚珠组合方式

设定安全系数为5倍、滚珠可承受重量为45 kg，所以纵向滚珠不得少于4颗。移动板分为2个部分，使用合页连接，并在移动板两边镂空制作拉手，以方便携带与铺设，如图2所示。

图2 板材上固定滚珠设计图

2.3.2 防刮条的选择和使用

防刮条采用PTFE聚四氟乙烯，该材料具有极低的摩擦系数和良好的耐磨性能，以及极好的化学稳定性，可减少电池与移动板之间的接触面积，从而达到省力的效果，设计图如图3所示。因防刮条和主体板材极性较小，为了能更好地粘合，在需粘合的表面进行了活化能处理，再使用环氧树脂粘结剂与主体板材连接。

2.3.3 组合后的蜂窝式移动板

采用圆柱形滚珠，将电池对移动板的作用力集中在滚珠上，板材厚度降为5 mm，并采用蜂窝式理念对移动板作镂空处理，以减轻整体重量。同时，在滚珠的柱体上开出凹槽，依靠凹槽加卡簧将滚珠固定在移动板上，方便损坏后的更换。制作完成后的蜂窝式移动板如图4所示。

图3 板材上固定防刮条设计图

图4 蜂窝式移动板

3 应用效果分析

3.1 板材上固定滚珠的应用效果

板材上固定滚珠的方案设计完成后，在西溪充换电站进行了实验验证。实际使用情况表明：电池通过移动板输送时更为轻松快捷，经测试仅需49 N的拉力就可以拉动电池，与没有使用移动板相比省力6倍，提高了换电效率。然而，该保护板过大、过重，携带、铺设较为费力；拉铆钉固定在移动板底部，会对汽车后备厢地毯造成损伤。此外，硬质拉手在实际使用中也不太方便。固定滚珠移动板铺设后的效果如图5所示。

图5 固定滚珠移动板的应用

3.2 板材上固定防刮条的应用效果

板材上固定防刮条的方案设计完成后，也在西溪充换电站进行实验验证。实际使用情况表明：对后备厢地毯能起到全面保护；电池表面的绿色油漆碎屑也会随移动板的移除一并带走；轻软质拉手使用方便，移动板自身重量也较轻。但是防刮条使用聚四氟乙烯材料，在移动电池时仍比较费力，通过测量至少需要145 N的拉力才能拉取电池。固定防刮条移动板铺设后的效果如图6所示。

图6 固定防刮条移动板的应用

3.3 蜂窝式移动板的应用

上述2种移动板各有优缺点，带滚珠的移动板对汽车的保护能力较差，但移动电池较为省力；带防刮条的保护板保护性好，但费力。蜂窝式移动板方案设计完成后，在西溪充换电站的应用情况表明：移动板在做到了轻量化的同时，对车辆的保护性能也非常优秀。因移动板使用了卡簧固定，维修十分方便。移动电池时轻松省力，效果与板材上固定滚珠方案相当。蜂窝式移动板的应用效果如图7所示。

经过对连续使用蜂窝式移动板达4个月的车辆的调查统计，车辆后备厢均没有出现破损，损坏率从原先的100%降到了1%以下。

4 结语

（1）电池移动板是简单、便携、实用的换电工具。实际使用情况表明，移动板解决了电动汽车电池在换电移动时损坏车辆后备厢的问题，同时使电动车辆换电更为轻松省力。目前，该成果已被推广使用。

（2）电池移动板的研制符合环保要求，使用寿命长，大大减少了车辆后备厢检修次数，降低了维护成本，提高了工作效率，具有较好的经济效益和社会效益。

图7 蜂窝式移动板的应用

[1]SONG Y H，YANG X，LU Z X．Integration of plug－in hybrid and electric vehicles：experience from China[C]// Proceedings of Power&Engineering Society General Meeting．Minneapolis，Minnesota，USA：IEEE，2010：1－5．

[2]张文亮，武斌，李武峰，等．我国纯电动汽车的发展方向及能源供给模式的探讨[J]．电网技术，2009，33（4）∶1－5．

[3]陈良亮，张浩，倪峰，等．电动汽车能源供给设施建设现状与发展探讨[J]．电力系统自动化，2011，35（14）∶11－17．

[4]SISTERNES F D．Plug－in electric vehicle introduction in the EU．SM thesis[D]．Cambridge，MA：MIT，2010．

[5]BHATTACHARYA T，GIRI V S，MATHEW K，et al．Multiphase bidirectional flyback converter topology for hybrid electric vehicles[J]．IEEE Trans．on Industrial Electronics，2009，56（1）∶78－84．

（本文编辑：龚 皓）

Development and Application of the Battery Moving Plate on Electric Vehicles Under Battery Swapping Modes

ZHONG Hengjian1，2，DAI Yongxia1，2
（1.State Grid Hangzhou Power Supply Company，Hangzhou 310009，China；2.State Grid Zhejiang Electric Vehicle Company，Hangzhou 310012，China）

Battery replacement is an important program for daily swapping of electric vehicles.For it lacks appurtenance to move batteries in boots of electric vehicles and ornaments of the boots can easily be damaged, this paper analyzes the main board and component materials reducing friction force of auxiliary moving plates in the boots.A new type of cellular battery moving plate is developed.Practical application shows that the battery moving plate enables easier battery replacement，improves safety and work efficiency and reduces boot overhaul and maintenance cost of electric vehicles.

electric vehicle；battery swapping mode；battery moving plate；development；application

U469.72

B

1007-1881（2015）04-0029-04

2014-09-19

钟恒坚（1974），男，助理政工师，从事电动汽车充换电运营管理工作。