某純電動車高壓關鍵零部件布置方案研究

耿琦

(合肥工業大學，安徽 合肥 230009)

0 引言

當今，伴隨著環境污染和石油等不可再生能源的枯竭，越來越多的國家開始提倡綠色出行，加大對新能源汽車領域尤其是純電動乘用汽車技術的研發力度。純電動乘用車不同于傳統燃油汽車，在原理和結構上需要有較大的設計變化，且需要合理地布置高壓關鍵零部件才能滿足整車性能要求。目前國內外在純電動乘用車的高壓關鍵零部件研發以及高壓關鍵零部件布置方面取得了非常顯著的成果，形成完善了一整套的研發體系。目前的純電動汽車無論是在傳統燃油車型基礎上改制而來，還是全新研發的，均與傳統燃油車型存在較大的區別。下面以某款A0級純電動乘用車研發為例，介紹高壓關鍵零部件在整車上的布置方案和在布置過程中應當注意的問題。

1 某純電動乘用車整車關鍵零部件布置方案

就目前純電動汽車技術的發展和市面上主流的純電動汽車車型來看，純電動乘用車整車關鍵零部件布置主要分為兩種平臺：一種是由傳統燃油改制來的，在傳統燃油車上進行結構局部調整以滿足純電動汽車關鍵零部件的合理布置，研發成本也較低；另一種是專用新能源研發平臺，采用新型可變模塊化專用平臺，這種平臺適應能力強，可以衍生出多種類型的車型，在整車關鍵零部件布置方面優勢較為明顯，但其研發費用也較為昂貴。

純電動乘用汽車結構和原理不同于傳統燃油汽車，具有兩種截然不同的驅動原理。兩者不僅在原理和結構上有著較大的區別，在整車及關鍵零部件布置方面也不相同。純電動車型比傳統燃油車型新增以下主要高壓關鍵零部件：動力電池、驅動電機、減速器、電機控制器、高壓配電盒、車載充電機、電動壓縮機、快慢充電口等。

某純電動乘用車是一款A0級別的前驅Sedan乘用車型，是由傳統燃油車型平臺改制來的，其整車關鍵零部件布置如圖1所示，這款A0級純電動乘用車整車關鍵零部件布置采用了較為常規的布置方法。由于純電動乘用車型取消了發動機及發動機附件等，所以給前艙留下來大量的布置空間，電機、電機減速器、電機控制器、充電機、高壓配電盒、電動壓縮機、直流高低壓轉換器等這些高壓部件均布置在前艙處。

圖1 某純電動乘用車整車布置形式

純電動乘用車型同時也取消了油箱、進氣、排氣管路等，所以純電動乘用車在原有傳統燃油車型的車身下底板基礎上作了局部結構調整，增加了一整塊動力電池，并利用后排座椅下方空間，把動力電池設計了對應凸起，同時疊加了電池包內部的電池模組，擴大了動力電池的容量，提升了整車綜合續航里程。

在充電口布置方面，這款純電動乘用車有兩個布置位置，利用原車型加油口蓋位置布置了交流慢充充電口，節省了大量研發開模費用。在前格柵 LOGO處內側布置了直流快充充電口，利用前艙空余的空間合理布置直流快充口座與高壓線束[1]。

2 某純電動乘用車前艙關鍵零部件布置方案

這款A0級純電動乘用車前艙關鍵零部件布置，整體采用了上、下兩層的布置方案，如圖2所示。上層布置了易維修更換的高壓配電盒、電機控制器、直流高低壓轉換器、充電機等，下層布置了不易損壞和更換的驅動電機、減速器、電動壓縮機等。上、下兩層之間用電驅動單元框架總成隔開，上層的關鍵高壓零部件應用疊加的方式通過螺栓固定在電驅動單元框架總成上，下層的電機與電機減速器通過螺栓組合安裝，電動壓縮機與電機減速機通過鋁合金支架連接。因此下層零部件電機、電機減速器、電動壓縮機組成一個整體，再通過鋁合金支架與電驅動單元框架總成連接組合，這個連接組合通過三個電驅動系統減震懸置與車身連接，防止這些高壓零部件傳遞過多的震動至車身影響整車NVH性能。

如圖2所示，左右懸置通過螺栓與電驅動框架總成的兩端連接，并通過螺栓連接固定在前艙縱梁合適布置點上。下懸置則通過與電機減速器連接固定在車身前地板。前艙關鍵零部件通過3個懸置點完成了與車身的軟連接和前艙關鍵零部件的布置。這款A0級純電動乘用車前艙的關鍵零部件整體布置緊湊、合理。

在布置前艙關鍵零部件時，還需要注意高壓線束布置之間的距離，動態線束之間的距離應在20 mm以上，靜態線束之間的距離應在10 mm以上，避免發生干涉。

圖2 某純電動汽車前艙關鍵零部件布置

3 關鍵零部件布置方案

3.1 動力電池布置方案

某A0級純電動乘用車采用的是一體式動力電池包，如圖3所示，布置安裝在車身底部，動力電池包與車身的連接方式采用螺栓連接，共采用了14根螺栓固定在車身縱梁上作為支撐連接。由于這款純電動車型是由原傳統燃油車型改制而來，為了滿足純電動性能的要求，需要對原有車身進行局部變更，同時還應該考慮原燃油車型車身等局部無法改變的部位[2]。

在x方向布置時應該注意電池包的前后邊界，電池包前邊界與輪胎包絡的最小距離不得<25 mm。動力電池與動力系統和前艙的零部件之間同樣需要安全距離，動力電池距離電動機等動力系統的最小距離為25 mm，距離前艙其他零部件的最小安全距離為15 mm。

圖3 某純電動乘用車動力電池布置

電池包后邊界：不得超過后扭力梁懸架邊界，不得和后懸架運動件有運動干涉現象存在。在y方向的寬度取決于動力電車尺寸和原車型車身縱梁的寬度。

圖4所示為這款A0級純電動乘用車的動力電池包。為了滿足整車續航里程需求，達到所設計的電池容量，在z向的布置上利用了后排座椅下方的空間，并抬高原傳統燃油車型車身的后地板高度，來達到疊加動力電池模組的效果。

圖4 某純電動乘用車動力電池

3.2 動力總成布置方案

這款A0級純電動乘用車在動力總成布置時需要注意以下要求：

1)動力總成至前防撞橫梁的最小距離≥330 mm

2)動力總成在整車最大涉水線以上，且滿足IP67級防水防塵防護等級。

3)動力總成中電機與其他零部件一體化組合安裝，且需通過懸置裝置固定在車身上，減少振動的傳遞。

4)動力總成布置時要考慮傳動效率把驅動軸夾角控制在5°以內[3-4]。如圖5所示，驅動軸夾角是減速器輸出軸中心線與驅動半軸之間的夾角，這個夾角越小，半軸所受到的軸向力和徑向力越小，高速轉動時振動也越小，操控越好，壽命越長，NVH性能也越好。

圖5 驅動軸夾角

如圖6所示，這款A0級純電動乘用車采用的是永磁交流同步電機。由于這是一款前驅車型，所以電機布置在前艙的下層空間。電機與減速器通過螺栓組合安裝，電機與減速器通過鋁合金支架與電驅動安裝框架連接，整個動力總成與電驅動框架總成組成一體并通過3個懸置點與車身進行軟連接。其中2個懸置點固定在車身左右縱梁上，另1個懸置點連接減速器殼體固定在車身前地板上，通過這種方式安裝固定動力總成，可以防止過多的振動傳遞至車身。

圖6 某純電動乘用車動力總成布置

3.3 充電口布置方案

圖7為某A0級純電動乘用車直流充電口布置示意圖。直流充電口座通過4顆M10螺栓與直流充電口座支架緊固連接。其中直流充電口座支架z+方向的2顆螺栓孔與發蓋鎖螺栓孔共用，固定在發蓋鎖支架上，發蓋鎖支架通過焊接固定在散熱器橫梁本體上。

直流充電口座支架z-方向通過兩顆緊固螺栓與前保中支撐板連接，前保中支撐板再通過焊接的方式與前保橫梁本體連接。這樣的布置方式不僅巧妙地利用了發蓋鎖和前保中支撐板的螺栓安裝位置，減少了新增零部件數量，還保證了直流充電口自身在日常充電插拔使用過程中的結構強度。交流充電口布置在原加油口位置，利用原車型加油口蓋位置布置了交流慢充充電口，節省了大量研發開模費用。這里不做贅述。

圖7 某純電動乘用車充電口布置

3.4 車載充電機布置方案

如圖2所示，可以得到某A0級純電動乘用車車載充電機布置位置，其中z+方向為直流高低壓轉換器，z-方向為電驅動框架總成，左側為電機控制器，在車載充電機布置時需要考慮以上幾個方向的間隔距離大小。

車載充電機通過4個緊固螺栓與焊接在電驅動框架總成上的4個小支架連接，采用這種支架的布置主要有以下幾個原因：

1)加大零部件之間的間隔距離，避免在工作過程中產生干涉；

2)可以提升零部件之間的空氣流通速度，加強散熱效果；

3)有利于高壓線束的布置。

在布置時為了考慮減少零件的數量與零部件成本，車載充電機與電機控制器共用2個焊接支架。兩者同側的安裝固定角錯相設計，既能合理地保持間距，又能共用支架。

3.5 高壓配電盒布置方案

如圖2所示，可以得到某A0級純電動乘用車高壓配電盒布置位置，高壓配電盒布置在前艙零部件的最上層，此位置易于高壓線束接口的檢修與更換。高壓配電盒通過4個M6的緊固螺栓與下方的電機控制器連接。在電機控制器的外殼是鋁合金材質，在上表面鑄造有4個螺紋孔與高壓配電盒配合安裝。高壓配電盒通過高壓線束與動力電池、電機控制器、電動壓縮機、高低直流轉換器連接[4]。

在高壓配電盒的z+方向為機艙蓋，z-方向為電機控制器，右側為高低壓直流轉換器。因高壓配電盒和電機控制器在工作過程中發熱，均需通風散熱。為了加強高壓零部件的通風散熱，避免兩者之間在工作狀態下相互影響，在布置時要求兩高壓零部件表面之間的安全距離要>15 mm，在z-方向高壓配電盒與電機控制器之間的距離為20 mm。由于高壓配電盒屬于易插拔件，為了加強高壓配電盒的安裝強度，在高壓配電盒和電機控制器之間安裝了鋁合金支架，高壓配電盒通過鋁合金支架與電機控制器連接，增大高壓配電盒的承力面積，同時保證了高壓配電盒的強度。在z+方向，高壓配電盒與機艙蓋的間距為60 mm，避免產生運動干涉。

4 結語

本文闡述了某A0級純電動乘用車關鍵零部件的布置方案，詳細介紹了整車布置方案、前艙布置方案、具體的關鍵零部件的布置方案以及在布置過程中應該注意的問題。高壓關鍵零部件布置是一項復雜且綜合性較高的系統性工作，需對有限的空間采取合理的布置，對純電動乘用車整車布置的影響較大。