隋清陽

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

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

電動(dòng)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(dòng)化、電化學(xué)、計(jì)算機(jī)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(dòng)汽車在污染與噪音方面都有所降低，同時(shí)電動(dòng)汽車的使用對(duì)石油能源的保護(hù)也起到非常重要的作用。目前電動(dòng)汽車的平均時(shí)速完全能夠滿足人們?cè)诔鞘猩钪械男枨螅瑫r(shí)又在行駛安全方面有了很大的保障。

1 電動(dòng)汽車在現(xiàn)階段所面臨的問題

電動(dòng)汽車具有環(huán)保、節(jié)能、體積小等多方面的優(yōu)點(diǎn)，但在現(xiàn)階段國內(nèi)市場(chǎng)上的電動(dòng)汽車仍然面臨著許多問題，這些問題導(dǎo)致了電動(dòng)汽車的發(fā)展緩慢，研究設(shè)計(jì)也一直停滯不前。首先，電動(dòng)汽車的行駛里程有限。目前電動(dòng)車企在公告車型中所能達(dá)到的最高續(xù)航里程已經(jīng)達(dá)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(dòng)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(huì)導(dǎo)致續(xù)航里程下降。其次，電動(dòng)汽車的制造成本過高。電動(dòng)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(dòng)汽車的原因。同時(shí)，電動(dòng)汽車電池快充時(shí)間在0.5小時(shí)左右（30%-80%），慢充時(shí)間通常需要充6-8個(gè)小時(shí)。在當(dāng)今社會(huì)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(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)總布置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

目前，在電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)總布置設(shè)計(jì)中有幾項(xiàng)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”?！叭姟笔墙M成電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的核心，即電池、電機(jī)、電控。第一，電池技術(shù)。電池技術(shù)一直是電動(dòng)汽車研制中的關(guān)鍵所在，電池技術(shù)也關(guān)系到電動(dòng)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(zhǎng)時(shí)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(dòng)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(duì)我國而言，其中磷酸鐵鋰電池、三元電池成為了當(dāng)今電動(dòng)汽車市場(chǎng)主導(dǎo)。但隨著國家對(duì)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(shì)。但同時(shí)在布置上也出現(xiàn)了相應(yīng)難題，即如何更好的整合冷卻系統(tǒng)進(jìn)入電池系統(tǒng)。第二，電機(jī)技術(shù)。現(xiàn)階段電動(dòng)汽車電機(jī)種類包括：直流電機(jī)，交流感應(yīng)電機(jī)（異步電機(jī)），永磁電機(jī)和開關(guān)組電機(jī)。交流三相感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，體積較小，可靠性強(qiáng)，效率較高，響應(yīng)快，且轉(zhuǎn)速范圍寬。雖然交流三相感應(yīng)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)比直流電機(jī)更加復(fù)雜，但仍因綜合性能優(yōu)秀成為電動(dòng)汽車主流選擇。

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

3.1 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置形式

電動(dòng)汽車主要有3類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式： 集成式驅(qū)動(dòng)方式、雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式和輪轂式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。

（1）集成式驅(qū)動(dòng)方式，即是將電動(dòng)機(jī)、定比減速器與差速器集成為一體，類似于橫置發(fā)動(dòng)機(jī)，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(duì)較輕。目前主流車型基本選用這種驅(qū)動(dòng)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(jī)空間，并可讓出地板下部空間布置動(dòng)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(fēng)險(xiǎn)。這種驅(qū)動(dòng)方式也是目前最主流的方案。

（2）雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，即前、后各配一個(gè)電動(dòng)機(jī)，每側(cè)電動(dòng)機(jī)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?yàn)橄嗷オ?dú)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(duì)整車控制要求較高，懸架系統(tǒng)較復(fù)雜，成本高，目前主要應(yīng)用于中高端高性能電動(dòng)汽車。

（3）輪轂式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，即電動(dòng)機(jī)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(dá)到增加扭矩的效果。由于動(dòng)力輸出路徑極短，直接驅(qū)動(dòng)車輪，可以極大地提高機(jī)械效率，節(jié)省能量。另外高度集成化也意味著動(dòng)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)雙前輪驅(qū)動(dòng)、雙后輪驅(qū)動(dòng)和四輪全驅(qū)三種模式。但是電機(jī)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(dǎo)致電池包的質(zhì)量也會(huì)達(dá)到數(shù)百公斤?？v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(chǔ)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(huì)急驟增加，不利于汽車行駛及操作穩(wěn)定性。當(dāng)汽車發(fā)生后碰撞時(shí)電池包的安全防護(hù)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(jì)專用的車體防護(hù)、支撐動(dòng)力電池。

隨著對(duì)電動(dòng)汽車?yán)m(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(dòng)車企業(yè)首選。但與此同時(shí)也帶來對(duì)電池冷卻系統(tǒng)的需求。冷卻方式有液冷及風(fēng)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(shì)。布置上通常有將電池冷卻系統(tǒng)與電機(jī)電控冷卻系統(tǒng)集成或使其獨(dú)立自成系統(tǒng)兩種方式。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著時(shí)代的進(jìn)步，電動(dòng)汽車已經(jīng)慢慢的融入了人們的生活與交通當(dāng)中，電動(dòng)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(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]夏青松.電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真研究[D].碩士學(xué)位論文，2007（11）：1-31.

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