對于電動汽車動力系統(tǒng)總布置設(shè)計分析

隋清陽

摘 要：迫于能源、環(huán)境帶來的嚴重壓力，研發(fā)新能源汽車，實現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展已成為時代的主流。純電動汽車因其能量利用率高、清潔、無污染、零排放等優(yōu)點，更是成為當今社會研究的熱點，具有廣闊的市場應用前景。本文通過分析電動汽車目前階段面臨的問題，分析探討動力系統(tǒng)總布置設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)和布置形式。

關(guān)鍵詞：電動汽車;動力系統(tǒng)總布置設(shè)計;分析探討

電動汽車是高科技前沿產(chǎn)品。它集成了汽車、功率電子、控制自動化、電化學、計算機以及新能源和新材料等工程技術(shù)于一身，與傳統(tǒng)的燃油汽車相比，電動汽車在污染與噪音方面都有所降低，同時電動汽車的使用對石油能源的保護也起到非常重要的作用。目前電動汽車的平均時速完全能夠滿足人們在城市生活中的需求，同時又在行駛安全方面有了很大的保障。

1 電動汽車在現(xiàn)階段所面臨的問題

電動汽車具有環(huán)保、節(jié)能、體積小等多方面的優(yōu)點，但在現(xiàn)階段國內(nèi)市場上的電動汽車仍然面臨著許多問題，這些問題導致了電動汽車的發(fā)展緩慢，研究設(shè)計也一直停滯不前。首先，電動汽車的行駛里程有限。目前電動車企在公告車型中所能達到的最高續(xù)航里程已經(jīng)達到400-500km，但與傳統(tǒng)燃油汽車一般600-700km續(xù)航里程相比還有較大差距。且電動汽車電池組隨著充放電循環(huán)次數(shù)的遞增，而電池容量衰減，也會導致續(xù)航里程下降。其次，電動汽車的制造成本過高。電動汽車的電池系統(tǒng)需要充電樁作為配套設(shè)施，在國內(nèi)快速充電樁尚未普及的情況下難以滿足充電需求，非大城市一樁難尋的現(xiàn)象比比皆是。這也是很多人不予選擇電動汽車的原因。同時，電動汽車電池快充時間在0.5小時左右（30%-80%），慢充時間通常需要充6-8個小時。在當今社會快節(jié)奏的生活下，與傳統(tǒng)燃油汽車只需要添加燃油相比要麻煩了很多。

2 電動汽車動力系統(tǒng)總布置設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)

目前，在電動汽車動力系統(tǒng)總布置設(shè)計中有幾項關(guān)鍵技術(shù)是需要加以重視的，也就是我們通常所說的“三電”。“三電”是組成電動汽車動力系統(tǒng)的核心，即電池、電機、電控。第一，電池技術(shù)。電池技術(shù)一直是電動汽車研制中的關(guān)鍵所在，電池技術(shù)也關(guān)系到電動汽車的整體性能，在現(xiàn)階段電池技術(shù)需要滿足高能量密度及功率密度、長時間的使用壽命、充電迅速、無污染以及低內(nèi)阻低放電率的要求[1]。目前電池技術(shù)處于飛速發(fā)展階段，動力電池主要分為磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池（包括NCA和NCM）、錳酸鋰池、鈷酸鋰池、鎳氫電池等。對我國而言，其中磷酸鐵鋰電池、三元電池成為了當今電動汽車市場主導。但隨著國家對電池能量密度要求的逐漸攀升，磷酸鐵鋰的局限性限制了它的發(fā)展，三元鋰電池逐漸成為趨勢。但同時在布置上也出現(xiàn)了相應難題，即如何更好的整合冷卻系統(tǒng)進入電池系統(tǒng)。第二，電機技術(shù)。現(xiàn)階段電動汽車電機種類包括：直流電機，交流感應電機（異步電機），永磁電機和開關(guān)組電機。交流三相感應電機結(jié)構(gòu)形式簡單，體積較小，可靠性強，效率較高，響應快，且轉(zhuǎn)速范圍寬。雖然交流三相感應電機調(diào)速系統(tǒng)比直流電機更加復雜，但仍因綜合性能優(yōu)秀成為電動汽車主流選擇。

3 電動汽車動力系統(tǒng)總布置設(shè)計分析

3.1 電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的布置形式

電動汽車主要有3類驅(qū)動系統(tǒng)布置形式： 集成式驅(qū)動方式、雙電動機驅(qū)動方式和輪轂式電動機驅(qū)動方式。

（1）集成式驅(qū)動方式，即是將電動機、定比減速器與差速器集成為一體，類似于橫置發(fā)動機，結(jié)構(gòu)緊湊，體型較小，利用左右兩半軸與兩側(cè)車輪直接相連，空間利用率較高，且重量相對較輕。目前主流車型基本選用這種驅(qū)動方式，并配以前置前驅(qū)的布置形式。前艙在這種布置方式下，有利于保證乘員艙人機空間，并可讓出地板下部空間布置動力電池，有利于平衡整車質(zhì)量分配，降低電池在碰撞中受到損傷的風險。這種驅(qū)動方式也是目前最主流的方案。

（2）雙電動機驅(qū)動方式，即前、后各配一個電動機，每側(cè)電動機都是與定比減速器集成一體，并用半軸或直接與車輪相連。因為相互獨立，所以無需差速器，可以用電控系統(tǒng)分別控制，起到電子差速器的作用。但此種形式對整車控制要求較高，懸架系統(tǒng)較復雜，成本高，目前主要應用于中高端高性能電動汽車。

（3）輪轂式電動機驅(qū)動方式，即電動機直接裝配在車輪輪轂上，高度集成化，空間結(jié)構(gòu)利用率極高。通常用定比行星輪減速器，提供較大的減速比，達到增加扭矩的效果。由于動力輸出路徑極短，直接驅(qū)動車輪，可以極大地提高機械效率，節(jié)省能量。另外高度集成化也意味著動力系統(tǒng)質(zhì)量的減輕，也意味著續(xù)航里程的增加。輪轂電動機驅(qū)動的布置方式因高度集成化而帶來很高的靈活性，可以輕易實現(xiàn)雙前輪驅(qū)動、雙后輪驅(qū)動和四輪全驅(qū)三種模式。但是電機的防水、散熱、隔振問題尚未完全解決，目前還無法批量生產(chǎn)。

3.2 電池的布置形式

數(shù)百電池單元串并聯(lián)在電池包內(nèi)部，這就要求電池包有足夠大的體積去容納。如此數(shù)量眾多的電池單元，導致電池包的質(zhì)量也會達到數(shù)百公斤。縱覽汽車內(nèi)外部空間，適合電池包布置的只有乘員艙地板下部前后軸之間，及行李箱內(nèi)。

行李箱的儲物需求及備胎所占空間需要在一定程度上迫使電池包的布置范圍局限于前者。其次，如若將電池包布置于行李箱內(nèi)，后軸荷分配質(zhì)量將會急驟增加，不利于汽車行駛及操作穩(wěn)定性。當汽車發(fā)生后碰撞時電池包的安全防護也將成為問題。所以電池包的位置推薦布置于乘員艙地板下部前后軸之間，并設(shè)計專用的車體防護、支撐動力電池。

隨著對電動汽車續(xù)航里程和電池能量密度要求的提高，三元鋰電池逐漸成為電動車企業(yè)首選。但與此同時也帶來對電池冷卻系統(tǒng)的需求。冷卻方式有液冷及風冷兩種方式。液冷顯而易見在熱交換率上和布置靈活性上更有優(yōu)勢。布置上通常有將電池冷卻系統(tǒng)與電機電控冷卻系統(tǒng)集成或使其獨立自成系統(tǒng)兩種方式。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著時代的進步，電動汽車已經(jīng)慢慢的融入了人們的生活與交通當中，電動汽車的環(huán)保性、節(jié)能性、智能性與安全性必將成為未來汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢。

參考文獻：

[1]夏青松.電動汽車動力系統(tǒng)設(shè)計及仿真研究[D].碩士學位論文，2007（11）：1-31.

[2]許保同，楊國亮，吳奇.純電動汽車電控系統(tǒng)參數(shù)匹配[J].汽車工程師，2016（10）：44-47.