蔣繼婷　孟祥虎

【摘 要】文章主要針對純電動重卡換電站換電流程、換電控制器與換電站信息交互流程、換電控制器功能定義、換電控制器針腳定義、換電控制器通信協議等方面進行闡述，對純電動商用車后續換電方案及換電控制器設計具有指導意義。

【關鍵詞】純電動重卡；換電站換電流程；換電控制器功能

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（ 2024 ）10-0004-03

Study on Function of Pure Electric Heavy Truck Power Change Controller

JIANG Jiting，MENG Xianghu

（Xuzhou XCMG Auto Manufacturing Co.，Ltd.，Xuzhou 221100，China）

【Abstract】This paper mainly expounds the battery swap process of pure electric heavy truck battery swap station，the information interaction process between battery swap controller and battery swap station，the function definition of battery swap controller，the definition of battery swap controller pins，and the communication protocol of battery swap controller，ETC.，which has guiding significance for the follow-up battery swap scheme and battery swap controller design of pure electric commercial vehicles.

【Key words】pure electric heavy truck；battery swap station battery swap process；battery swap controller function

作者簡介

蔣繼婷（1988—），女，工程師，碩士，主要從事商用車CAN網絡架構設計及新能源三電系統設計工作；

孟祥虎（1985—），男，工程師，碩士，主要研究方向為汽車電子電器和駕駛輔助。

1 引言

《新能源汽車產業發展規劃（2021—2035年）》指出：發展新能源汽車是中國從汽車大國邁向汽車強國的必由之路，是應對氣候變化、推動綠色發展的戰略舉措[1]。近年來，在多項國家政策的支持下，新能源汽車作為中國重要的戰略性產業之一發展勢頭強勁。

在推廣新能源汽車過程中，面臨的主要問題是充電難、充電慢、續航里程短。換電模式作為新能源汽車重要的補電方式，其補電方便快捷、效率高的特點吸引了相關企業的目光。政策的支持加上資本的涌入，換電技術得到了快速發展，不斷走向成熟，成為未來電動汽車補電方式的重要技術路線，也在純電動商用車領域占有重要的一席之地。

目前電動重卡換電模式主要有3種方式：頂吊式換電、單側整體式換電、雙側整體式換電[2]。本文主要針對頂吊式換電模式展開介紹。

2 換電站換電流程

純電動重卡頂吊式換電總成由換電上框和換電底托組成。換電底托固定在車架上，換電上框靠機械結構鎖和換電連接器實現與換電底托物理和電氣的連接，如圖1所示。

換電上框總成內裝有電池包、電池管理控制單元、高壓控制單元、熱管理控制單元及相關的高低壓線束和管路，通過吊裝更換換電上框實現車輛快速補能。整車換電過程在換電站進行，具體換電流程如下。

1）車輛進入換電站換電位置進行車輛身份識別。如果車輛身份識別不正確，提示非法進入，需離開換電站區域。

2）車輛身份正確識別后進行位置檢測。如果車輛位置檢測異常，需要重新進入換電位置。

3）車輛停放位置檢測成功后，換電站給車輛下發解鎖指令。車輛執行解鎖指令并判定解鎖狀態，將已解鎖狀態上傳到換電站。如果解鎖未成功，需要人工干預。

4）換電站收到車輛上傳的解鎖狀態，開始執行換電流程，完成換電操作。

5）換電完成后，換電站向車輛發送上鎖指令。車輛收到指令后，執行上鎖動作并判斷上鎖狀態，上傳上鎖狀態。如果車輛未上鎖成功，需要人工干預。

6）換電完成后，換電站可通知駕駛員將車輛駛出。

3 換電控制器功能定義

根據上述換電站換電的流程可以看出車輛上需要安裝一個具備接收換電站指令并且能操縱整車機構完成換電站指令功能的控制單元，這個控制單元就是換電控制器。換電控制器功能的定義主要依據換電站換電流程、整車功能要求、換電總成機械及電氣設計。換電控制器的幾個主要功能如下。

1）換電控制器需要接收換電站發送的各類指令，并將車輛上各種狀態信息反饋到換電站，目前整車與換電站一般采用WIFI進行數據交換，故換電控制器需要具備WIFI通信功能。圖2為換電控制器與換電站通信流程。

換電控制器與換電站通信的數據格式和內容沒有相關標準，雙方約定即可。數據格式一般包括開始域、數據長度、數據域、通信代碼、結束幀等。整車發給換電站的數據內容一般包括電池信息、整車上下電狀態、換電連接器狀態、上鎖解鎖狀態等，換電站主要給車輛發送解鎖、上鎖等各類指令及傳遞換電進度等信息。

2）換電控制器接收到換電站上鎖、解鎖指令后，用硬線方式控制氣缸電磁閥，執行機構通過機械結構伸縮或其他形式的變化來實現換電上框和換電底托的鎖止和解鎖動作。

完成機械鎖止、解鎖動作后，傳感器開關信號通過硬線方式反饋上鎖、解鎖的狀態，換電控制器根據反饋信號進行解鎖、鎖止、鎖止故障等信息的判斷。

3）換電上框和換電底托電氣連接狀態通過電氣信號進行檢測，如果換電控制器通過換電連接器可以接收到檢測信號，則認為換電上框和換電底托是電氣連接狀態，否則為未連接狀態。

4）換電連接器是電池箱換電的關鍵部件，根據需要實現電池箱與整車之間電路的通斷，完成能量傳輸及數據交互[3]。換電連接器連接高低壓線束，如圖3所示。為防止高壓線路溫度過高，需要安裝溫度傳感器進行溫度檢測，溫度傳感器信號硬線連接到換電控制器，故換電控制器需要具備溫度檢測功能。

換電控制器控制機械鎖、檢測換電連接器連接狀態、溫度檢測的工作原理如圖4所示。

5）RutkAaF9FxUP7ERT/o+gFtT0bcHirftM25n3Gj/stV8=上述機械鎖止、解鎖的位置傳感器信號、電氣連接信號和溫度檢測信號，經換電控制器處理后以CAN信號的形式發送到整車其他零部件，比如BMS上高壓時需要判斷鎖止狀態，儀表需要顯示機械鎖止、解鎖狀態和換電連接器狀態。換電控制器也需要通過CAN接收整車信息（比如：車輛高低壓狀態）上傳給換電站。故換電控制器還需要具備CAN收發功能。

6）如果想將換電信息上傳到企業汽車管理平臺，或者需要OTA遠程升級功能，需要換電控制器具備4G通信、遠程診斷、遠程升級功能。

綜上所述換電控制器需要具備如下功能，見表1。

4 換電控制器針腳定義

根據換電控制器的功能定義，可以看出換電控制器硬件上需要具備數字輸入、輸出接口、CAN通信接口、模擬量輸入接口等。另外除了供電電源接口外，為減少整車功耗，需要增加喚醒針腳。換電控制器在行車過程中，需要將換電總成的數據傳輸給整車其他零部件，在充電過程中BMS需要進行換電總成鎖止狀態的判斷，故喚醒信號需要整車ON電和A+信號。表2為換電控制器的針腳定義。

5 CAN通信協議設計

從功能描述可知換電控制器需要采集機械鎖止或解鎖信號、換電連接器連接信號、溫度傳感器信號，通過CAN總線傳遞給整車其他零部件。換電控制器發送的CAN信息一般包括以下內容。

1）機械鎖狀態——鎖止狀態、解鎖狀態。

2）換電連接器連接狀態——連接、未連接。

3）換電連接器溫度值。

4）系統故障狀態。根據換電連接器溫度值，判斷換電連接器溫度過高故障。溫度值不同，故障等級不同，一般分為3個故障等級。如果機械鎖機構或反饋信號出現問題，還需要換電控制器判斷出其故障狀態。

換電控制器發送的報文周期一般為100ms，CAN通信協議內容見表3。

6 結論

換電模式作為新能源汽車一種重要的補電方式，能夠很好地解決充電效率問題、里程焦慮問題，也促進了新能源汽車的發展。換電控制器作為新能源換電汽車的核心零部件，需要更多地關注其功能的開發與優化。本文主要介紹了換電站換電流程、換電控制器功能、換電控制器針腳定義、換電控制器CAN通信協議，詳細介紹了換電控制器功能和實現方式，為后續換電控制器的匹配或開發工作起到了參考與指導意義。

參考文獻：

[1] 國務院辦公廳. 新能源汽車產業發展規劃（2021—2035）[EB/OL].（2020-10-20）[2024-07-13]. https：//www.mofcom.gov.cn/zcfb/zgdwjjmywg/art/2020/art_9aadbaadc7ce4d96a919877e9cd561bc.html.

[2] 房永強. 電動重卡換電模式現狀與發展趨勢[J]. 機電技術，2023（5）：72-75.

[3] 王傳義，張順義. 淺談商用車換電技術方案[J]. 汽車電器，2023（9）：29-30，33.

[4] 張菲，黃祖朋，覃俊樺，等. 換電模式在電動汽車推廣中的重要性[J]. 內燃機與配件，2021（13）：198-199.

[5] 劉春輝，王宇婷，沈潤杰. 淺析新能源汽車換電模式未來發展前景[J]. 時代汽車，2020（24）：95-97.

（編輯 楊凱麟）