电池包的快换设计

最近在与朋友策划2020年的电连接研讨会活动，大概在明年4月份举行；其中一个主题就是关于电动汽车快换技术的，国内快换做的比较多包括蔚来，北汽，东风，时空等，各自都有不同的方案和设计。

我初步做了些分析，就电池包而言，快换的关键技术在于3点（不一定到位，如有不妥，请后台留言指正）：（1）结构层面，快速锁紧机构；（2）电连接层面，快速插接头；（3）软件层面，BMS的识别，判断和控制。

下面以国内某车企的电动系统快换设计，简单阐述下其方案，供大家能较为通俗地理解整个快换设计的思路。

首先，就是结构上，要能以最少的动作来锁紧和固定电池包，因为需要在一定的时间内完成换电，这就由快速锁紧机构来实现。如下图所示，整个电池包有4个快锁机构，其中挂扣固定在车底盘，锁紧机构安装在电池包两侧。并有密封件来实现密封，以满足换电后的IP等级要求。

快锁机构的工作原理，可以通过下面的专利图来了解，大家可以对比看看：

卡持槽112固定在车辆电底盘，换电时，机械手140在升降机构的带动下上升，第一卡销132进入位于整车下底盘的挂扣110中，第二卡销134则进入锁止槽中，输入轴150带动机械手140转动，从而带动中心拉轴130也转动，使第一卡销132锁定在挂扣110中；这样，电池包就被固定在电动汽车下底盘上了。需要下载电池时，只需要反向转动140，就可以解除第一卡销与挂扣之间的锁定。

其次，就是快插电连接，这块主要是插接头的可靠性（耐磨，阻抗不能增加太多），易对中性，容差性，因为需要经常插拔，同时不同电池包插座存在结构误差，与车上的接头配合起来有误差。快插的设计如下，主要的零部件包括定位销，橡胶垫，插孔，压力弹簧，pin等，以及高压互锁。

为了避免因误差导致的插接损坏，插座采用浮动设计，可以在XY平面上实现5mm以内的移动，在Z向可实现 12mm 的最大浮动压缩。弹簧通过压缩橡胶垫来进行密封。

为了满足长插头的可靠性寿命要求，连接器端子进行镀金处理，这样可以增强电流承载能力；在进行了10000次插拔测试后，端子的接触电阻增加了31%，如下所示；温度升高了31°C，再进行绝缘和耐压测试，也分别通过，可满足设计要求。

第三，就是BMS的设计。对于快换后的整车，BMS要能判断包的状态，以及安装是否到位，是否是指定的电池包产品；对于换下来的电池包，要能够与外接电源进行正常通讯，实现充电。这里BMS分为两个，一个可称为主控制器，位于电池包内，另外一个称为辅助控制器，位于高压配电盒内。

辅助控制器用于接收外部唤醒信号、快充电检测信号；主控制器用于接收碰撞、快速充电、充电、唤醒连接检测的低压电源、CAN通信信号等。电气架构原理图如下：

截至2017年10月，该电池包配备的所有车辆，行驶里程共计超过2400万公里，最多的一辆车行驶里程超过12万公里。在此期间，通过远程监控和现场技术跟踪获得的数据显示，单个电池包最大更换次数为512次，快插连接器件的外观和电气性能正常；未发现渗漏、绝缘等故障，而采用的BMS故障率低于1%。

这只是其中一种方案，如能将各家不同方案进行对比分析，应该会有更多有价值的发现。

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