電動(dòng)汽車平臺(tái)規(guī)劃探討

何永漢

東風(fēng)柳州汽車有限公司 廣西省柳州市 545000

隨著能源消耗日益增加，節(jié)能減排已迫在眉睫，汽車電動(dòng)化成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。近幾年來，在國家的政策扶持下，我國的電動(dòng)汽車發(fā)展取得了矚目的成績(jī)，年銷量已突破50萬輛，穩(wěn)居全球銷量第一。電動(dòng)汽車各項(xiàng)技術(shù)也在不斷突破，產(chǎn)業(yè)鏈及配套充電設(shè)施逐漸完善，已初步具備市場(chǎng)化基礎(chǔ)。2017年9月，國家發(fā)布了《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》，簡(jiǎn)稱雙積分政策，要求2019年乘用車企業(yè)新能源積分占比需達(dá)到10%。各家企業(yè)為達(dá)成雙積分要求，相繼宣布投入重金研發(fā)電動(dòng)汽車平臺(tái)，計(jì)劃2020年以后上市的電動(dòng)汽車均基于電動(dòng)車專用平臺(tái)開發(fā)。由此可見，電動(dòng)汽車平臺(tái)對(duì)支撐汽車企業(yè)產(chǎn)品投放起著重要作用。

1 電動(dòng)汽車平臺(tái)構(gòu)成

電動(dòng)汽車平臺(tái)由底盤、低壓系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)組成。由于低壓系統(tǒng)與傳統(tǒng)車相差不大，所以本文重點(diǎn)研討底盤及高壓系統(tǒng)。

底盤是由懸架系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、傳到系統(tǒng)、地板構(gòu)成，是傳統(tǒng)意義上的汽車平臺(tái)。

高壓系統(tǒng)由三大電、三小電及高壓線束組成。其中三大電是指電池包、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器，是電動(dòng)汽車平臺(tái)高壓系統(tǒng)的重點(diǎn)及核心技術(shù)；三小電指車載充電器OBDC、DC-DC、高壓配電盒PDU，三小電目前技術(shù)相對(duì)比較成熟；高壓線束是指連接三大電三小電之間的高壓線，對(duì)安全及防干擾保護(hù)要求較高，技術(shù)也相對(duì)成熟，隨著未來產(chǎn)量的增加，成本將會(huì)大幅度降低，本文不作重點(diǎn)探討。

2 現(xiàn)有電動(dòng)汽車平臺(tái)分析

2.1 電動(dòng)汽車底盤

現(xiàn)有的電動(dòng)汽車底盤可以分為兩類：一類是基于傳統(tǒng)能源汽車改制；另一類是結(jié)合電池包全新開發(fā)，把電池包融入到底盤中。

基于傳統(tǒng)能源汽車改制出來的電動(dòng)車底盤，最大的改動(dòng)點(diǎn)就是地板。通過重新設(shè)計(jì)地板以適應(yīng)電池包的布置，并對(duì)車身進(jìn)行局部加強(qiáng)，保證整車的安全性，同時(shí)對(duì)懸架系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等進(jìn)行局部改制，重新調(diào)校、標(biāo)定等，大部分零部件仍可以與傳統(tǒng)能源車型共用。這種方式改動(dòng)少，開發(fā)成本低，又可與原來產(chǎn)品共線生產(chǎn)，同時(shí)能快速投放市場(chǎng)，很適合現(xiàn)在過度使用。但這種改制的電動(dòng)汽車底盤具有很大的局限性，首先，電池包受到原有地板、懸架等設(shè)計(jì)的制約，電池包的布置空間受限，在現(xiàn)有電池的能量密度條件下，這種底盤可布置的電池包電量有限，不能提供理想的續(xù)航里程，如大部分只能做到350公里，再往上做就要犧牲乘坐空間；其次，通用性及輕量化差，他只適合于共用地板開發(fā)出來的同系車型，如軸距變短，電池包就無法共用，又需重新開發(fā)電池包。

結(jié)合電池包全新設(shè)計(jì)的底盤，直接把電池包與地板融為一體，把驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)集成一起，做成電動(dòng)車專用底盤，具有良好的拓展性（如特斯拉Modle S與Modle X，套上轎車的車身，就是一輛轎車，套上SUV的車身，對(duì)懸架進(jìn)行加高，就能變成SUV）。同時(shí)，軸距可根據(jù)電池包模組的尺寸進(jìn)行縮短或加長(zhǎng)，不需要重新開發(fā)模組，只新開電池包下托盤。這種新開的電動(dòng)車平臺(tái)，能最大限度的利用空間進(jìn)行布置電池包，拓展性好，通用性強(qiáng)，也有利于輕量化設(shè)計(jì)，同時(shí)也能使前后軸荷達(dá)到50：50的黃金比例，重心低，操穩(wěn)性好。這種全新設(shè)計(jì)的底盤一次性研發(fā)投入大，同時(shí)由于地板不同，需要對(duì)現(xiàn)有四大工藝生產(chǎn)線進(jìn)行改造，不利于與現(xiàn)有傳統(tǒng)能源車型共線生產(chǎn)，在電動(dòng)車市場(chǎng)沒有完全打開的情況下，投資過大，對(duì)企業(yè)經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)較高。

2.2 電動(dòng)汽車三大電

決定三大電之間通用性的紐帶就是整車的設(shè)計(jì)電壓。設(shè)計(jì)電壓決定了電動(dòng)車電池包、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器DC-DC、車載充電器OBDC、高壓配電盒等高壓原器件的選型。一般來說，設(shè)計(jì)電壓的選型由車輛需求的功率決定，車輛的整備質(zhì)量及動(dòng)力性需求決定了整車的功率選型，當(dāng)功率一定時(shí)，電壓高，電流就小，功率傳輸?shù)膿p失越少。但是，電壓越高，相應(yīng)的高壓器件成本會(huì)成級(jí)數(shù)增加，且安全防護(hù)也越高。因此，結(jié)合功率及成本考慮，目前大多整車工作電壓選擇在300V-450V之間，并根據(jù)此來設(shè)計(jì)電池包輸出功率及驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率。

3 電動(dòng)汽車平臺(tái)規(guī)劃探討

底盤與三大電開發(fā)涉及到四大工藝的變更，開發(fā)成本高，是電動(dòng)汽車平臺(tái)開發(fā)的重點(diǎn)，下面分別對(duì)底盤與三大電的規(guī)劃進(jìn)行探討。

一個(gè)平臺(tái)不可能兼顧到所有級(jí)別車型，在做電動(dòng)車平臺(tái)規(guī)劃之前，需要先確定企業(yè)產(chǎn)品的布局、基本參數(shù)及動(dòng)力性需求。

底盤需做好短期規(guī)劃及中長(zhǎng)期規(guī)劃，短期規(guī)劃是作為一個(gè)過渡時(shí)期使用，一般是3-5年，部分總成部件考慮通用到中長(zhǎng)期規(guī)劃的平臺(tái)中。中長(zhǎng)期規(guī)劃是結(jié)合市場(chǎng)的趨勢(shì)，從戰(zhàn)略的角度從發(fā)，做好未來5-10年的規(guī)劃。目前電動(dòng)車處于發(fā)展期，配套設(shè)施未完善，產(chǎn)業(yè)鏈未成熟，從市場(chǎng)角度，未來一段時(shí)間將仍然以燃油車為主，為保證企業(yè)正常銷量不受影響，規(guī)劃底盤時(shí)要考慮與現(xiàn)有車型共用性，短期內(nèi)以現(xiàn)有車型改制為主，在換代的車型上底盤盡量兼顧燃油車與電動(dòng)車共用。但是，由于電動(dòng)汽車開發(fā)周期較長(zhǎng)，發(fā)展電動(dòng)汽車已經(jīng)提升到國家的戰(zhàn)略高度，汽車電動(dòng)化已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)，新能源汽車將成為未來主流，現(xiàn)階段也應(yīng)該適當(dāng)投入研發(fā)電動(dòng)汽車專用平臺(tái)，底盤直接考慮利用全鋁材料，把電池包與下地板融合在一起設(shè)計(jì)，為未來系列化開發(fā)及快速適應(yīng)市場(chǎng)做好鋪墊同時(shí)，新的底盤平臺(tái)演變車型的軸距變化要結(jié)合電池包模組的尺寸，軸距變化的尺寸盡量以模組的寬度倍數(shù)變化，能夠有效地降低開發(fā)成本。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)根據(jù)整車質(zhì)量進(jìn)行規(guī)劃?？梢园旬a(chǎn)品劃分為若干個(gè)質(zhì)量段，在同一個(gè)質(zhì)量段內(nèi)的車型共用一款驅(qū)動(dòng)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要由功率、扭矩及轉(zhuǎn)速三個(gè)參數(shù)決定，其選型可根據(jù)整車的動(dòng)力性需求計(jì)算出來，但作為企劃人員，常常需要拿自己的產(chǎn)品與市場(chǎng)上同類產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比分析。在做驅(qū)動(dòng)電機(jī)規(guī)劃前，需要先收集市場(chǎng)現(xiàn)有銷量較好且用戶對(duì)動(dòng)力認(rèn)可度高的同級(jí)別車型整備質(zhì)量、驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)，然后選擇轉(zhuǎn)速相同的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率及扭矩進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)算出同級(jí)別車型的噸功率（t/kW）及噸扭矩（t/N.m）范圍，以確定相應(yīng)質(zhì)量段內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型是否合理。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)可適用于設(shè)計(jì)質(zhì)量相差±200kg的車型，以此確定本企業(yè)車型需要的驅(qū)動(dòng)電機(jī)個(gè)數(shù)。另外，驅(qū)動(dòng)電機(jī)有集成式與分體式兩種布置，集成式電機(jī)使用的高壓線束少，能有效降低成本，如日產(chǎn)聆風(fēng)，但目前市場(chǎng)上做集成式電機(jī)的資源太少，采購價(jià)格高，而且現(xiàn)階段電機(jī)的功率密度仍有很大的提升，過早地把電機(jī)控制器、高壓配電盒等集成到電機(jī)上反而不利于后期開發(fā)及通用性，因此，現(xiàn)階段建議仍是以分體式布置為主。

電機(jī)控制器結(jié)合驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率選型，電機(jī)控制器的功率要大于等于對(duì)應(yīng)電機(jī)的功率。大功率電機(jī)控制器可覆蓋小于其功率的電機(jī)。短期內(nèi)，電動(dòng)汽車的銷量仍然相對(duì)比較小，可多款驅(qū)動(dòng)電機(jī)共用一個(gè)電機(jī)控制器，減少研發(fā)投入，增加銷量分?jǐn)偝杀?。從中長(zhǎng)期考慮，為了方便管理，以后的電機(jī)與電控將作為集成式開發(fā)，電機(jī)與控制器將會(huì)一一對(duì)應(yīng)使用。

電池包規(guī)劃需要結(jié)合車型軸距及底盤考慮。常見的規(guī)劃思路有兩種，一種是整體采購供應(yīng)商現(xiàn)成電池模組，以同平臺(tái)最小的產(chǎn)品設(shè)計(jì)一個(gè)電池包，然后共用到更大級(jí)別的車型，這樣能有效的減少開發(fā)工作及降低研發(fā)投入，但基于這種思路開發(fā)的電池包，匹配到更大的車型上時(shí)，續(xù)航里程就受到嚴(yán)重制約，后續(xù)續(xù)航里程提升只能依賴提升電芯能量密度來實(shí)現(xiàn)。另一種是外購電芯，根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品布局自己設(shè)計(jì)模組，不同級(jí)別車型軸距變化根據(jù)模組的寬度設(shè)計(jì)，相當(dāng)于軸距有變化的車型均重新開發(fā)電池包的下托盤及上蓋板，重新標(biāo)定BMS。這種開發(fā)模式，在現(xiàn)在的電芯能量密度下可獲得較大的續(xù)航里程。實(shí)力較強(qiáng)的企業(yè)，如寶馬、奔馳、特斯拉等都是采用這種思路開發(fā)。首先，這樣模式采用標(biāo)準(zhǔn)化模塊確保生產(chǎn)中統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并為廣泛適應(yīng)本企業(yè)旗下車型打下基礎(chǔ)，模塊化概念也可以快速響應(yīng)客戶的需求；其次，電池包外殼的尺寸、形狀及所用的模組數(shù)量可以按需適配于本企業(yè)的各款車型。最后，這種模式也有利于車輛輕量化開發(fā)。但這種開發(fā)模式投入大，需要有較大的銷量作為支撐，現(xiàn)階段建議只作為預(yù)研性項(xiàng)目開發(fā)，減少四大工藝投入。

4 結(jié)語

電動(dòng)車平臺(tái)化開發(fā)需要結(jié)合企業(yè)自身實(shí)際情況，同時(shí)密切關(guān)注市場(chǎng)及電芯技術(shù)的趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)，形成一個(gè)比較準(zhǔn)確的判斷，不要盲目投資。電動(dòng)車還處于發(fā)展階段，規(guī)模仍然比較小，底盤暫時(shí)與傳統(tǒng)車共用，適當(dāng)投入研發(fā)電動(dòng)汽車專用底盤；其次，電芯能量密度還有很大的提升空間，不要過早就把電池包的尺寸定死，建議先以電池包適應(yīng)現(xiàn)有平臺(tái)開發(fā)，同時(shí)相近軸距的車型可適當(dāng)犧牲一點(diǎn)續(xù)航里程，盡量共用一個(gè)電池包，以減少電池包開發(fā)成本。最后，為了使電機(jī)控制器、高壓配電盒、DC-DC、車載充電機(jī)等能夠通用，建議暫時(shí)采用分體式電機(jī)，有利于選擇更具成本優(yōu)勢(shì)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，快速投放市場(chǎng)。