純電動卡車設計應用技術研究

馮浩

（中國重汽集團濟南動力有限公司，山東濟南 250000）

0.引言

目前，全球環境不斷惡化，傳統化石燃料逐漸短缺，長期使用化石燃料引起的溫室效應不斷加劇，在此背景下，“碳中和”成為我國環保政策的重要主題。我國提出要進一步調整產業結構，優化能源結構，減少因傳統化石能源使用造成的碳排放，目標在2030年實現“碳達峰”，2060年實現“碳中和”，即實現二氧化碳“零排放”，在政策方面，傳統車企迎來了前所未有的挑戰，轉型是必然的。同時，全球油價不斷創出新高，傳統汽車的用車成本不斷提高，我國新能源汽車取代傳統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能源汽車，其中電能作為二次能源，電能的儲存、利用，已經相對成熟，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能降本指明了方向。純電動卡車的設計包括電器模塊設計及調試、整車布置設計、其他通用部件設計以及整車各模塊調試等；其中電器模塊的設計及調試是最大的難點，包括“電池、電機、電控”三大電動車專用電器件設計、其他電器件設計、電動車線束設計、各電器模塊聯合調試。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.純電動卡車關鍵部件設計

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

圖2 電動車電器件構成

（1）電池：純電動新能源汽車的核心部件，根據電池組件的串并聯方式不同，可以將電池組件裝成不同型式的電池包，又根據電池充電續航方式的不同，有換電模式與傳統充電模式兩種，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機器人機械臂的抓取實現更換，來實現電動卡車續航。卡車換電模式圖3所示。（2）電機：電機與電機控制器是電能轉換為動能的關鍵設備，電機通常為三相電機。（3）電控：電控模塊是純電動車最為復雜的關鍵模塊，主要包括多合一控制系統、低壓配電單元、車輛控制系統（VCU）、電機控制器等底盤電控設備，多合一主要實現DC-DC、空壓機控制、轉向泵控制、高壓配電等功能，VCU則是底盤控制中樞，通過與電機控制器配合實現動力系統控制。

圖3 卡車換電模式

2.其他電器件設計

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

3.純電動卡車線束設計

對于整車廠而言，純電動卡車線束設計是整車廠的重要工作內容，主要包括駕駛室線束設計、低壓控制線束設計、高壓線束設計、其他底盤線束設計等。純電動卡車的駕駛室線束設計與傳統燃油車相比，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計；燃油車往往有整車廠設計或外購的微控制器，而電動車儀表顯示較為復雜，數據傳輸較多，因此儀表本體直接通過CAN網絡進行通信，減少插線針腳，優化了插接口，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，增加了電機控制器、VCU等設備，這些電器件的基本控制邏輯往往都是由低壓來控制高壓，因此設計了低壓控制線束來串聯電機控制器、四合一、空調壓縮機等高壓電器附件，實現低壓控制。

高壓線束部分是底盤線束設計的難點，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，線束的屏蔽要設計嚴謹，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網絡造成干擾。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.純電動卡車調試

純電動卡車調試工作一般遵循先低壓后高壓、先動力系統后其他系統的基本原則進行。先在低壓情況下將卡車的各種回路檢查一遍，保證整車CAN網絡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網絡刷寫動力總成程序，動力總成刷寫過程中會反饋故障信息，根據該信息進行工作。低壓情況下沒有問題，則進行高壓調試，測試車輛的各項工作狀態。

5.結語

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，設計過程較為復雜，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、電路邏輯設計嚴謹，以及邊調試邊解決問題，對于工程師的理論儲備與設計能力要求較高。不過，隨著模塊的集成簡化，技術的不斷進步，純電動卡車的各個部分都會逐漸優化，以適應當前及未來社會。