1 高速、高性能控制技術，助力實現(xiàn)高效可靠操作

　　蔚來汽車是一家全球化的智能電動汽車公司，于2014年 11月25日正式成立，蔚來旗下在售車型包括智能電動旗艦SUV ES8、智能電動全能SUV ES6、智能電動轎跑SUV EC6、智能 電動旗艦轎車ET7.以及智能電動轎跑 ET5.蔚來旗下產(chǎn)品還 包括 NIO Power，它是一款依托蔚來能源云技術，通過蔚來 移動充電車、充電樁、換電站和道路服務團隊，為用戶提供全 場景加電服務的能源服務體系。蔚來在第二代換電站中采用了 倍福基于PC的控制技術，包括CX5130嵌入式控制器、強大的 TwinCAT 3軟件平臺、高速EtherCAT現(xiàn)場總線及相應的EL系I/ O端子模塊。倍福技術具有標準化、開放性和兼容性優(yōu)勢，加 上快速專業(yè)的技術支持服務，為換電站安全和高效的運行保駕 護航。

　　2 直接更換電池，無需等待充電

　　電動汽車大多放在家里或辦公室充電，但充電耗時較長。 隨著全球新能源汽車銷售比重的不斷上升，尤其是在中國，里 程焦慮、補能焦慮和購置成本依然是消費“痛點”。因此，更 換電池是比現(xiàn)場充電更有優(yōu)勢的解決方案。

　　蔚來是國內(nèi)換電模式的先驅與推動者，為了實現(xiàn)換電， 在車輛設計之初，蔚來便將電動汽車的車身和電池包分開，確 保換電便利，統(tǒng)一電池規(guī)格，鋪設換電站。蔚來用戶將距離換 電站3公里以內(nèi)的住宅稱為“電區(qū)房”。蔚來的目標是爭取到 2025年，90% 的用戶住房都能變成“電區(qū)房”。2021年底， 蔚來換電站總數(shù)已經(jīng)超過700座;2022年到2025年，蔚來計劃 在中國市場每年新增600座換電站。到2025年底，蔚來換電站 全球總數(shù)將超4000座，其中中國以外市場的換電站約1000座。

　　蔚來第二代換電站擁有超過1400項專利，為用戶提供極致加電體驗，  滿電出發(fā)僅需要一首歌的時間。每次換電都會進行三電自檢， 確保整車和電池始終處于最佳狀態(tài)。當電動汽車需要進行換電時，待 換電的電動汽車停放在換電平臺的停車底座上。經(jīng)過汽車定位系統(tǒng)定 位后，  通過舉升裝置將電動汽車舉升到一定高度。換電系統(tǒng)從充電平 臺獲取充滿電的動力電池，移動到電動汽車下方，進行電池更換，然 后將取下的低電量電池送入充電平臺開始充電。整個換電過程都由倍 ?；赑C的控制系統(tǒng)進行控制和監(jiān)測，控制系統(tǒng)與上層云服務系統(tǒng) 進行通信與信息交互，實時傳遞站點當前車輛及設備的狀態(tài)信息。

　　3 高性能硬件和軟件，助力實現(xiàn)高速通信

　　蔚來在第二代更換站中采用了CX5130嵌入式控制器、TwinCAT 3軟件平臺、EtherCAT端子模塊和超高速EtherCAT通信。適合DIN 導軌安裝、搭載雙核處理器的無風扇型嵌入式控制器CX5130用于處 理數(shù)百個I/O信號，同時控制換電站中的多個伺服軸。嵌入式控制器 配備的1秒鐘UPS功能用于在掉電情況下備份持久性系統(tǒng)關鍵數(shù)據(jù)。 CX5130采用寬溫設計，運行和存儲溫度分別為-25…+60 °C和 -40… +85 °C，滿足北方寒冷以及南方炎熱的各種極端環(huán)境。蔚來非常欣 賞TwinCAT具有的高度開放性和兼容性特點。這樣就可以安裝當前主流的數(shù)據(jù)庫軟件，通過TwinCAT Database Server存儲換電站的運行 數(shù)據(jù)。TwinCAT 3集成在 Visual Studio?中，支持IEC61131-3面向 對象編程，也支持通過C/C++和使用 MATLAB?/Simulink? 進行編 程。

　　由于TwinCAT是一個具有PLC和NC PTP功能的模塊化軟件平 臺，為在同一臺 CX5130嵌入式控制器上實現(xiàn) PLC和運動控制提供 了一個集成式解決方案，運動控制和邏輯控制之間的數(shù)據(jù)交換更直 接、快速。TwinCAT NC PTP支持基于PLCopen的標準化運動控制 功能塊，具有多軸耦合聯(lián)動和凸輪等功能，最多可控制255根伺服 軸。因此，TwinCAT 3 NC PTP比傳統(tǒng)的運動控制器更加靈活和強 大。TwinCAT 3實時核可以實現(xiàn)最快50微秒的任務周期，加上高速 EtherCAT通信總線，確保了換電站眾多伺服軸的實時性和同步性要 求。TwinCAT 3 Scope View能夠實時監(jiān)測和記錄換電過程中包括伺 服軸運動軌跡、力矩大小在內(nèi)的各種運行數(shù)據(jù)信息。

　　EtherCAT高密度I/O模塊EL1809和EL2809使得布局非常緊湊， 幫助換電站控制柜節(jié)省了大量空間。總而言之，倍福豐富的I/O產(chǎn)品 線涵蓋了所有所需的信號類型。作為全球通信標準，通過EtherCAT 協(xié)議不僅能夠使用倍福I/O產(chǎn)品系列中的各種接口快速采集和輸出信 號，而且還可以很方便地集成第三方組件。此外，EtherCAT總線幾 乎支持任何網(wǎng)絡拓撲結構，包括線型、星型或樹型結構等。

　　4 結論

　　“蔚來的第二代換電站有數(shù)百個需要監(jiān)測和控制的數(shù)據(jù) 點，包括車輛的舉升和電池的拆卸安裝等復雜的工藝過程，它 們需要涉及到多軸聯(lián)動、力矩控制等;以及遠程升級和無人值 守等操作。”NIO Power 的技術經(jīng)理鄭飛飛介紹道。

　　“換電站采用的是搭載雙核 CPU的 CX5130嵌入式控制 器，加上TwinCAT 3軟件平臺的標準化和模塊化設計，滿足換 電站的多個控制算法任務和數(shù)據(jù)的采集需求。此外，它還可以 集成通用的數(shù)據(jù)庫軟件存儲高分辨率和大容量的車輛換電過程 數(shù)據(jù)。除了EtherCAT之外，還有多種像Modbus這樣的通用 現(xiàn)場總線接口，都具有很高的兼容性，便于集成如傳感器等第 三方設備。其BOOT程序的升級方式易于融入到空中下載技術  (OTA)系統(tǒng)中，不需要重啟換電站中的CX5130嵌入式控制 器就能完成程序從云端遠程升級。良好的事件記錄功能便于遠 程分析和診斷，不需要技術人員前往客戶現(xiàn)場，從而節(jié)省寶貴 的人力成本和時間成本。”鄭飛飛經(jīng)理總結道。