電動汽車動力系統(tǒng)布置設(shè)計

段寶敬 代罡 孫國慶

東風(fēng)越野車有限公司 湖北十堰 442000

為了推進電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，需要不斷優(yōu)化電動汽車動力系統(tǒng)布局，從根本上分析電動汽車動力系統(tǒng)的運行特點和實際運行要求，優(yōu)化電動汽車內(nèi)部動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提升電動汽車在運行過程中環(huán)保、安全性能和節(jié)能效果，確保電動汽車的綜合效益。

1 電動汽車動力系統(tǒng)現(xiàn)狀

與普通汽車相比，電動汽車具有節(jié)能、環(huán)保和體積小的優(yōu)勢，因此能夠有效地應(yīng)對因車輛數(shù)量增加引起的空氣污染嚴(yán)重增加問題。雖然電動汽車被認(rèn)為是我國汽車工業(yè)的重要發(fā)展方向，基本所有汽車制造廠均有相關(guān)產(chǎn)品上市或者研發(fā)當(dāng)中，但由于技術(shù)和成本因素，電動汽車的生產(chǎn)和隨后的運營仍然存在很多問題，特別突出的是電動汽車的電池性能及續(xù)航里程不足問題[1]。與傳統(tǒng)燃油車相比，電動汽車的續(xù)航里程還有很大差距。而且隨著電動汽車充電次數(shù)的增加，電池容量會逐漸下降，導(dǎo)致續(xù)航里程不斷下降，嚴(yán)重影響駕駛體驗。電動汽車的制造成本高昂，內(nèi)部電池系統(tǒng)需要充電站等附件設(shè)備。在中國，電動汽車的普及還不夠成熟，城市里也沒有快速充電站，這使得公眾對電動汽車的認(rèn)識程度較低。電動汽車的電池續(xù)航時間短，加載時間從6小時到8小時不等，可能會嚴(yán)重影響公眾的行動能力，也成為電動汽車難以普及的重要因素。

2 電動汽車動力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 電池

電動汽車的電池通常以電池組的形式布置在車架下、行李箱內(nèi)。目前使用較多的是鉛酸電池、鋰離子電池等，均有體積大、重量大、運行散熱溫度高、單個電池組成本高等特點。相對來說，鋰離子電池綜合性能較憂，它具有優(yōu)異的低溫性能、高能量密度、高充電容量和良好的安全功能等優(yōu)勢，成為電動汽車電池選用的主流產(chǎn)品[2]。

2.2 電機

發(fā)動機驅(qū)動和電機驅(qū)動是電動汽車的驅(qū)動力。為了獲得良好的性能，驅(qū)動電動機必須考慮以下特性：轉(zhuǎn)速范圍、速度、初始轉(zhuǎn)速、大小、小、質(zhì)量、效率、動態(tài)制動和能量反饋等。電機可分為DC電機和交流電機等，其中三相交流電機是應(yīng)用最廣泛。交流電機效率高、重量輕、可靠性高、使用壽命長，但是控制技術(shù)還有待提高，隨著技術(shù)的發(fā)展，交流電機的控制技術(shù)問題將不斷得到優(yōu)化解決，控制風(fēng)險及控制成本將會逐步降低。

2.3 電控

整個動力總成傳動系統(tǒng)均需要控制器的參與進行匹配設(shè)計，使整個系統(tǒng)輸出的技術(shù)參數(shù)符合整輛車的要求。電子控制分為硬件和軟件。硬件主要由控制器組成；軟件是控制電子控制算法的一系列程序，它在輸入中建立了關(guān)聯(lián)數(shù)學(xué)模型，通過前期的匹配設(shè)計及后期整車試驗標(biāo)定修改，最終保證動力系統(tǒng)的輸出滿足車輛設(shè)計目標(biāo)，達成降低油耗、能量回收等要求。

3 電動汽車動力系統(tǒng)布置設(shè)計

3.1 電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置

當(dāng)前電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機參與程度、電機發(fā)電模式等不同，分為不同的構(gòu)型，在設(shè)計驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時應(yīng)充分考慮各種因素，確定基本構(gòu)型。同時在設(shè)計時還應(yīng)考慮與傳統(tǒng)汽車的延用關(guān)系等。在前期設(shè)計方案時應(yīng)考慮駕駛員的駕駛模式。①布局電動車的傳統(tǒng)駕駛模式。電動汽車的傳統(tǒng)驅(qū)動結(jié)構(gòu)主要是發(fā)動機、變速器等。在實際使用中，傳統(tǒng)發(fā)動機復(fù)雜，實際運營成本高，越來越多地被電動汽車行業(yè)淘汰。因此，原來的燃油發(fā)動機不得不轉(zhuǎn)換成主要消耗能量的發(fā)動機。②規(guī)劃電動汽車的集成驅(qū)動模式。在舊發(fā)動機的基礎(chǔ)上，增加了比例加速器和差速器，以控制發(fā)動機的空間利用率，實現(xiàn)了輕度重組的目標(biāo)。部分電動汽車目前具有集成驅(qū)動模型和前驅(qū)動方法，以最大限度地擴大電動汽車的內(nèi)部空間。此外，車輛下部的供電能力設(shè)置為平均分配車輛總重量，大大減少事故造成的電池?fù)p壞或爆破；③雙電機驅(qū)動模式。雙電機驅(qū)動方式在電動車上的應(yīng)用主要是兩個車輪配一個電機，這就要求電機每側(cè)集成一個恒速比減速裝置，電機用半軸承與車輪底部連接。當(dāng)電機單獨運行時，不需要另一個驅(qū)動，該驅(qū)動可以單獨使用電氣系統(tǒng)。這種驅(qū)動方式對電機運行要求較低，更適合大中型電動車。

3.2 電機的布置方法

動力系統(tǒng)布局方式可分為四種：①傳統(tǒng)駕駛方式：與傳統(tǒng)汽車相比，布置結(jié)構(gòu)變化不大，結(jié)構(gòu)仍然復(fù)雜，空間小，質(zhì)量大，通常由前向后驅(qū)動；②集成驅(qū)動模式：發(fā)動機、制動器和變速器的組合使控制更加方便，平衡車身重量。根據(jù)原始車身結(jié)構(gòu)，通過布置位置的調(diào)整，修改車身設(shè)計結(jié)構(gòu)，平衡重心位置，內(nèi)置駕駛儀是大多數(shù)常用車輛使用的設(shè)計模式，前面的設(shè)計避免了電池發(fā)生碰撞的風(fēng)險；③雙電機驅(qū)動方式：兩個驅(qū)動電機，適用于中高端客車，每輛車均由兩個電機驅(qū)動。優(yōu)點是兩個電機可以獨立控制，差速器電流不能直接進入控制器；④輪式電機驅(qū)動方式：電機安裝在輪胎的一側(cè)，此驅(qū)動結(jié)構(gòu)具有高集成率、短能量輸出路徑和緊湊的設(shè)計等對未來汽車發(fā)展至關(guān)重要的優(yōu)勢，但是缺點很明顯，扭矩不夠大，所以無法滿足大型車輛的大扭矩需求，只能應(yīng)用于小型電動汽車。

3.3 電動汽車電池布置

目前的電動汽車動力系統(tǒng)布置過程中，電池單元（電池組）承擔(dān)了主要的電能存儲功能，因此電池組根據(jù)車型需要設(shè)計設(shè)置一定的容量，而不同容量的電池組體積不同，容量越大體積越大。為了確保電動汽車空間的合理分配，并從根本上提高駕駛員的舒適性，需要對行李箱及備件空間等的接收能力進行分析，合理布置電池組，以確保車內(nèi)使用空間，提高車輛行駛時的穩(wěn)定性。同時還需要考慮碰撞性能，避免在一定工況下當(dāng)電動汽車發(fā)生事故時確保電池組在碰撞時不會損壞，優(yōu)選布置在客廂地板下的前后軸之間。由于公眾對電動汽車電池組使用壽命和電池能量密度的要求不斷提高，鋰電池已經(jīng)成為電動汽車的首選電池組。由于三元鋰電池在運行過程中會有一定程度的散熱導(dǎo)致電池組溫度相對較高，在電動汽車動力系統(tǒng)的總體布局中，相關(guān)人員應(yīng)增加電池冷卻系統(tǒng)，從根本上控制電池溫度，目前的電池冷卻系統(tǒng)主要分為液冷和風(fēng)冷。

4 結(jié)語

隨著近年來研發(fā)水平的提高，電動汽車得到了很大的提高。與傳統(tǒng)燃油車相比，它們在動力性、舒適性和環(huán)保性等方面的優(yōu)勢必將取代燃油車成為未來的主要出行方式。但不可否認(rèn)的是，目前電動汽車仍然存在一些技術(shù)缺陷和基礎(chǔ)設(shè)施不完善等問題。如果能有效解決續(xù)航里程短、充電速度慢等問題，將會進一步促進其推廣普及，成為買車的首選方式。