一种用于纯电动车辆应急救援的专用车设计

魏玉宏 刘小艳 林园园 李媛媛

徐州徐工随车起重机有限公司 江苏徐州 221000

1 前言

近年来，伴随国家发展新能源汽车战略的持续推广，中国纯电动汽车保有量不断攀升。根据数据显示，2019年中国纯电动汽车保有量升至310万辆，达到自2014年以来的历史新高。从2014年到2019年，中国纯电动汽车保有量从8万辆不断增加到310万辆，纯电动汽车市场规模不断扩大，呈现出快速扩张的趋势，社会对其发展看好。但是，纯电动汽车的配套设施覆盖率和技术水平还有待提高[1]。

首先，整车续航的要求越来越高，由于充电桩的发展普及度相对滞后，整车急需充电时找不到充电桩，此时就需要移动充电车来进行紧急补给。

其次，纯电动车辆与传统营运车辆相比，取消了发动机、燃油系统及变速传动机构，变为动力电池储能，电机驱动，增加了各部件的传感、控制系统，新的技术路线在实际使用过程中也存在诸多问题需要解决[2]。笔者从用户单位实际使用调研得知，动力电池、牵引和制动系统故障，导向系统、风源系统故障是影响车辆正常运行和应急救援效率的关键。

众多的研究机构和学者对营运车辆的应急救援进行了大量的研究，主要关注预防交通事故的发生。但交通事故具有无法彻底预防的客观必然性，因此，在交通事故发生后进行高效快速的应急救援，预防二次事故的发生，具有重要的意义[3]。目前，在车辆实际应急救援过程中，针对传统营运车辆应急救援的经验积累较多，但对纯电动车辆的故障类型缺乏针对性救援策略，应急救援效率低下。因此，针对车辆救援过程中关键救援技术的研究和装备研发是提高应急救援效率的一个重要途径。

2 装备组成及功能

根据市场需求，笔者设计了一种用于纯电动车辆应急救援的专用车如图1所示。该车主要由底盘及取力机构、车载移动充电系统、卷扬机构、吊臂总成、液压系统、托臂总成、车尾电、液、气接口、操作系统和储能电池充电接口组成，该装备具有起吊、托牵、拉拽、硬牵引及抢修功能。

图1 应急救援装备

3 车载移动充电系统实现快速抢修和辅助救援

此系统由充电系统（补电机）和液压动力系统组成，针对纯电动车典型的故障模式提供救援方案，如表1所示。该系统主要用于事故车辆现场抢修。不同用户对于设计参数的需求会有不同，文章只针对常用的设计参数进行说明。

3.1 充电系统

车载移动应急救援系统救援

表1 纯电动车辆典型故障模式下工作模式选择

充电系统采用车辆电瓶提供24V启动电源，补电机监控板上电，控制系统启动和自检，与储能电池BMS建立通信，同时系统内部DCDC启动，系统辅助电源建立，由DCDC电源模块给所有控制系统、二次控制回路等进行供电，车辆电瓶旁路；同时增加一个输入手动开关，当需要给车辆充电时，此时需手动控制开关给整个系统通电，待控制系统初始化完成以后，再给外部车辆充电。如图2所示，该系统具备DC-DC转换功能，输出电压280～750 V，功率100 kW，国标充电枪输出；紧急输出电源输出接口，输出电流60 A，由补电机控制储能电池输出；3 kWDCDC功能，供应车辆蓄电池及照明，具24 V低压直流快插接口；5 kW DCDC功能，供应车辆应急转向刹车，具24 V低压直流快插接口；5 kWACDC功能，供应车辆应急转向电机，具380 V高压交流快插接口；该系统具备对外快速补电接口，以国标充电枪方式输出；系统具备两个CAN接口，可以同时和两组电池组进行控制和通信；人机界面上面可以显示电池组的信息，操作各种工作模式；补电机系统具备身份认证和计量，在线更新管理功能。

3.1.1 系统工作模式设计

图2 充电系统

手动将补电机的面板上“旋钮开关”操作至“ON”（开）位置，系统辅助电源建立，操作面板、进入不同模式选择。如图3所示，人机界面可以提供国标充电枪、应急模式、储能电池充电3种充电模式，满足车辆不同故障模式下，工作模式的选择。国标充电枪控制原理如图4所示。

图3 工作模式选择

图4 国标充电枪控制原理

3.1.2 国标充电枪

如图3所示页面上选择“国标充电枪”，补电机向SBMS发送请求放电命令，电池包内部放电继电器RY闭合。进入如图5所示充电模式界面，选择一种充电模式，点击“开始充电”，补电机系统控制的主接触器KM1/2闭合， 系统高压电源模块得电进入待机状态，补电机开始与外部车辆BMS通讯；电源模组得电后充电检测完成后，充电枪端接触器KM5/6闭合，补电机对外部车辆BMS充电开始。

达到一定电量自动停止，或者手动停止，充电结束，关闭KM5/6，此时补电机的充电枪电子锁断开，将充电枪从外部车辆枪座拔出后将枪线盘好放置。客户按屏幕上方“关闭系统”按钮，补电机系统关闭模块，随后关闭KM1/2继电器，系统通知SBMS断开电池接触器R Y。手动将补电机面板上外接的旋钮开关操作至“OFF”（关）位置，系统断电停机。

图5 充电模式选择

3.1.3 应急模式

将补电机的外部接插口连接到事故车辆相应端口，如图3所示选择“应急模式”，补电机向SBMS发送请求放电命令，电池包内部放电继电器RY闭合。进入如图6所示应急模式选择界面，选择一种或几种应急模式，补电机系统对应的接触器闭合，补电机对外部车辆应急供电开始。当选择“应急供电输出-高压”时，会弹出确认界面，进行危险提示。同时通过BMS读取高压输出电流信息。使用完成后，关闭各功能输出。应急模式控制原理如图7所示。

3.1.4 储能电池充电

如图3所示选择“储能电池充电”，补电机系统对电池系统数据进行监控，如果充电完成，根据国标GB 27930定义，如图8所示会显示SOC 100%，部分车辆由于电池带有修复功能，在快充下可能出现95%停止情况。充电结束，关闭系统，补电机系统关闭DCDC模块，手动将补电机面板上外接的旋钮开关操作至“OFF”（关）位置，系统掉电停机，储能电池充电原理如图9所示。

图6 应急模式选择

图7 应急模式控制原理

3.2 液压动力系统

该系统与应急救援装备液压系统相互独立，主要由电机泵、液压油箱和压力继电器等组成。如图9所示，选择备用液压供电，从补电机取24V电源，通过直流电机带动液压泵向外部车辆提供16MPa、10L/min动力源。如图10所示，通过2个压力继电器K1、K2检测液压泵口压力，压力达到16MPa（该值可调）时停止电机，动力源停止工作，低于8MPa（该值可调）时开启电机，动力源开始工作，对外输出动力。恢复外部车辆转向系统正常运转。

3.3 硬牵引和托牵救援

如现场无法实现快速抢修，需利用救援装备、采取硬牵引或托牵方式将故障车辆快速托移离开事故现场，恢复中断的交通。

3.3.1 硬牵引救援

图8 SBMS信息

图9 储能电池充电

图10 液压动力系统

故障车无物理损坏，具备自行走功能时，可采用硬牵引杆进行应急救援。如图11所示，将牵引杆两端可靠连接救援车尾部和故障车辆前部牵引钩。牵引前，需检查故障车辆情况，可通过连接装备尾部气压接口，解除故障车辆风源系统故障；可利用车载移动充电系统解除转向系统故障、牵引和制动系统故障。全部故障解除后，前车牵引，故障车后部跟随，快速离开事故现场。

3.3.2 托牵救援

故障车前轮轮胎或车桥损坏，无法实现自行走功能时，利用托臂总成，配合作业辅具叉座和叉架进行应急救援。如图12所示，将托臂水平贴地伸缩到故障车前悬可托举的位置，可靠固定后，将故障车前悬托举至前轮离地200 mm左右，注意故障车后悬与地面留有足够的安全距离。托牵行驶前，需检查故障车辆情况，解除全部故障后，将故障车辆快速托移离开事故现场。后轮轮胎或车桥损坏处理方式相同。如故障车辆不是全轮转向，也可以采用托举前轮或后轮的方式进行应急救援。

图11 硬牵引救援

图12 托牵救援

4 结语

本文针对纯电动车典型的故障模式设计了救援方案，该方案可以解决单一故障模式，也可以同时解决表1所示典型故障模式，实现现场快速抢修需求。如遇现场无法快速抢修情况，需要车载移动充电系统辅助救援、解除车辆部分或全部故障模式，利用救援装备、采取硬牵引或托牵方式将故障车辆快速托移离开事故现场、恢复中断的交通。

笔者针对纯电动车辆救援过程中关键救援技术和装备进行了探索研究，但是，事故现场情况复杂，应急救援无定式，需要用户单位结合救援实际情况，不断总结形成典型的救援案例及需求，联合设备制造厂家一起，深入开展应急救援技术研究和装备研发，不断提高事故车辆应急救援效率，有效避免长时间的交通拥堵，降低营运企业运营风险，保证人民群众的生命财产安全。