電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)總布置設(shè)計(jì)分析

李赫 劉鶴 王旭君

摘 要：近年來新能源汽車備受關(guān)注，各種型號(hào)的電動(dòng)汽車被研發(fā)出來，其不但節(jié)省能源，還能改善環(huán)境，是人們心目中理想的綠色交通工具。新能源電動(dòng)汽車的研發(fā)已經(jīng)迫在眉睫，現(xiàn)在的科技水平比較發(fā)達(dá)，極大程度的促進(jìn)電動(dòng)汽車的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;動(dòng)力系統(tǒng);總布置設(shè)計(jì)

1 電動(dòng)汽車的基本原理及特點(diǎn)

1.1 電動(dòng)汽車的基本原理結(jié)構(gòu)如圖1所示

1.2 電動(dòng)汽車的特點(diǎn)

電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)比燃油汽車相對(duì)靈活，其布局形式由傳統(tǒng)機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)力電池組和電子控制設(shè)備等使電動(dòng)汽車布置結(jié)構(gòu)更加緊湊，部件布局靈活性較強(qiáng)。電動(dòng)車直流或交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，而且現(xiàn)在的變頻技術(shù)比較成熟，控制起來也能得心應(yīng)手。

2 電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 電池

電池是電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)，也是制約電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。電池組的能量密度對(duì)電動(dòng)汽車的性能起著決定性的作用。為了滿足電動(dòng)汽車的高電壓要求，電動(dòng)汽車通常由幾個(gè)12v或24V的電池并聯(lián)而成。動(dòng)力電池電壓為155V～400V，是純電動(dòng)汽車的關(guān)鍵設(shè)備。

2.2 電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)汽車的主要部件之一，是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，是電動(dòng)汽車的心臟。它是一種電磁裝置，根據(jù)電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)化為電能。其主要功能是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)遙控運(yùn)動(dòng)，作為電氣設(shè)備或各種機(jī)械的動(dòng)力源。為了使電動(dòng)汽車具有良好的性能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須具有寬闊的調(diào)速范圍和高速、足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、體積小、重量輕、效率高、動(dòng)態(tài)制動(dòng)和能量回收。電動(dòng)機(jī)長期以來一直被用作電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因?yàn)殡姵靥峁┲绷麟姟Ｒ虼耍瑐鹘y(tǒng)的直流電機(jī)已被交流感應(yīng)電機(jī)、永磁電機(jī)或開關(guān)磁阻電機(jī)所取代。

2.3 電控

電機(jī)控制器從電池獲取直流電，并將其轉(zhuǎn)化為電機(jī)所需的交流電，電控分為硬件和軟件，硬件主要如控制器，在我國其成本相對(duì)較高。軟件則主要指電控系統(tǒng)的算法，需要在輸入和輸出中建立相關(guān)的復(fù)雜數(shù)學(xué)模型，它直接決定了一輛電動(dòng)汽車的成功與否。

3 動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)布置

3.1 動(dòng)力系統(tǒng)布置原則

（1）車輛布置中需要留出足夠的運(yùn)動(dòng)空間，各部分間預(yù)留一定間隙。（2）留有一定的熱損傷間隙，有利于發(fā)熱部件降溫，防止電池過熱。（3）設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)留一定的吸能空間，主要考慮碰撞安全因素。（4）考慮傳動(dòng)軸夾角，夾角越大承受作用力越大，傳動(dòng)效率也越低，壽命越短。（5）在布置過程中還應(yīng)降成本問題計(jì)算在內(nèi)，合理地簡化布置（如冷卻管路）至關(guān)重要。（6）需要一定的地面間隙并且要求是要高于傳統(tǒng)汽車。

3.2 動(dòng)力系統(tǒng)開發(fā)流程

（1）市場調(diào)查和研究：對(duì)消費(fèi)者群體進(jìn)行調(diào)查和研究，有針對(duì)性的進(jìn)行產(chǎn)品的可行性分析。（2）總體方案設(shè)計(jì)：確定電動(dòng)汽車類型及其驅(qū)動(dòng)方式。（3）定整車主尺寸，并且完成初版總布置圖制作，在此過程中，合理安排電動(dòng)車電機(jī)、電池及控制系統(tǒng)的配置，確定整車的性能參數(shù)。目前，總體布局設(shè)計(jì)主要采用數(shù)字三維設(shè)計(jì)。（4）車身布局：根據(jù)車身邊界尺寸，完成動(dòng)力相關(guān)零部件的匹配開發(fā)。（5）編寫整車設(shè)計(jì)手冊(cè)。（6）汽車零部件總布置校核。（7）零部件設(shè)計(jì)完善。（8）試制試驗(yàn)和定型;按照設(shè)計(jì)做出產(chǎn)品模型，確定最后設(shè)計(jì)效果，之后便可以正式投入成產(chǎn)。

3.3 電機(jī)的布置方法

（1）集成式驅(qū)動(dòng)方式：通過電機(jī)與減速器與差速器的組合，更利于轉(zhuǎn)向控制，平衡車身重量。集成驅(qū)動(dòng)方法是大多數(shù)主流模型采用的設(shè)計(jì)模式。（2）傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式：驅(qū)動(dòng)方式相較于普通的燃油車并沒有過多的改變，結(jié)構(gòu)依舊復(fù)雜，空間利用率低，質(zhì)量較大。（3）輪轂電機(jī)：驅(qū)動(dòng)裝置是將電機(jī)安裝在輪轂側(cè)，這種驅(qū)動(dòng)方式具有高度集成化，動(dòng)力輸出路徑短，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，是未來的發(fā)展趨勢(shì)。但其缺點(diǎn)也很明顯，不能提供很大的扭矩，因此沒有很大的動(dòng)力輸出，目前只能應(yīng)用于小型電動(dòng)汽車。

3.4 電池的布置

電車的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮安全性，要求有一定的散熱能力及充放電性能，防止電池溫度過高。電動(dòng)汽車的冷卻系統(tǒng)分為液冷和風(fēng)冷，風(fēng)冷通過加大物體表面積或加快空氣流通速率來實(shí)現(xiàn)冷卻，液冷則通過電子水泵使水箱中和電池中的冷卻液循環(huán)并進(jìn)行熱交換液體冷卻的性能優(yōu)于空氣冷卻，也用于電動(dòng)車輛。車輛電池以電池組的形式布置安裝，電池箱子應(yīng)該能夠承受一定的沖擊力，安裝位置應(yīng)考慮裝配、振動(dòng)、碰撞等因素，電池組的布置應(yīng)符合車輛安裝空間的要求，不同型號(hào)和安裝位置的電池通常放置在汽車底部。另外，作為電池系統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)，電池的熱管理系統(tǒng)在高溫環(huán)境，低溫環(huán)境，高倍率放電環(huán)境，甚至熱安全性等復(fù)雜苛刻的條件下，起著重要的作用。

4 結(jié)語

目前，節(jié)能環(huán)保的綠色汽車主要是電動(dòng)車，由于能源日益枯竭，電動(dòng)車這種交通工具恰巧能在緩解能源壓力、保護(hù)環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用。汽車的未來發(fā)展方向是智能化、綠色化發(fā)展，電動(dòng)汽車正好滿足人們所有的需求。同時(shí)，它對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展也具有重要的意義。因此，提高總布置電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平勢(shì)在必行。

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