耿琦

(合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009)

0 引言

當今，伴隨著環(huán)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(lǐng)域尤其是純電動乘用汽車技術(shù)的研發(fā)力度。純電動乘用車不同于傳統(tǒng)燃油汽車，在原理和結(jié)構(gòu)上需要有較大的設(shè)計變化，且需要合理地布置高壓關(guān)鍵零部件才能滿足整車性能要求。目前國內(nèi)外在純電動乘用車的高壓關(guān)鍵零部件研發(fā)以及高壓關(guān)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(fā)體系。目前的純電動汽車無論是在傳統(tǒng)燃油車型基礎(chǔ)上改制而來，還是全新研發(fā)的，均與傳統(tǒng)燃油車型存在較大的區(qū)別。下面以某款A(yù)0級純電動乘用車研發(fā)為例，介紹高壓關(guān)鍵零部件在整車上的布置方案和在布置過程中應(yīng)當注意的問題。

1 某純電動乘用車整車關(guān)鍵零部件布置方案

就目前純電動汽車技術(shù)的發(fā)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(guān)鍵零部件布置主要分為兩種平臺：一種是由傳統(tǒng)燃油改制來的，在傳統(tǒng)燃油車上進行結(jié)構(gòu)局部調(diào)整以滿足純電動汽車關(guān)鍵零部件的合理布置，研發(fā)成本也較低；另一種是專用新能源研發(fā)平臺，采用新型可變模塊化專用平臺，這種平臺適應(yīng)能力強，可以衍生出多種類型的車型，在整車關(guān)鍵零部件布置方面優(yōu)勢較為明顯，但其研發(fā)費用也較為昂貴。

純電動乘用汽車結(jié)構(gòu)和原理不同于傳統(tǒng)燃油汽車，具有兩種截然不同的驅(qū)動原理。兩者不僅在原理和結(jié)構(gòu)上有著較大的區(qū)別，在整車及關(guān)鍵零部件布置方面也不相同。純電動車型比傳統(tǒng)燃油車型新增以下主要高壓關(guān)鍵零部件：動力電池、驅(qū)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A(yù)0級別的前驅(qū)Sedan乘用車型，是由傳統(tǒng)燃油車型平臺改制來的，其整車關(guān)鍵零部件布置如圖1所示，這款A(yù)0級純電動乘用車整車關(guān)鍵零部件布置采用了較為常規(guī)的布置方法。由于純電動乘用車型取消了發(fā)動機及發(fā)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(zhuǎn)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(tǒng)燃油車型的車身下底板基礎(chǔ)上作了局部結(jié)構(gòu)調(diào)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(shè)計了對應(yīng)凸起，同時疊加了電池包內(nèi)部的電池模組，擴大了動力電池的容量，提升了整車綜合續(xù)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(jié)省了大量研發(fā)開模費用。在前格柵 LOGO處內(nèi)側(cè)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(guān)鍵零部件布置方案

這款A(yù)0級純電動乘用車前艙關(guān)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(zhuǎn)換器、充電機等，下層布置了不易損壞和更換的驅(qū)動電機、減速器、電動壓縮機等。上、下兩層之間用電驅(qū)動單元框架總成隔開，上層的關(guān)鍵高壓零部件應(yīng)用疊加的方式通過螺栓固定在電驅(qū)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(qū)動單元框架總成連接組合，這個連接組合通過三個電驅(qū)動系統(tǒng)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(qū)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(guān)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(guān)鍵零部件的布置。這款A(yù)0級純電動乘用車前艙的關(guān)鍵零部件整體布置緊湊、合理。

在布置前艙關(guān)鍵零部件時，還需要注意高壓線束布置之間的距離，動態(tài)線束之間的距離應(yīng)在20 mm以上，靜態(tài)線束之間的距離應(yīng)在10 mm以上，避免發(fā)生干涉。

圖2 某純電動汽車前艙關(guān)鍵零部件布置

3 關(guān)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(tǒng)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(yīng)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(yīng)該注意電池包的前后邊界，電池包前邊界與輪胎包絡(luò)的最小距離不得<25 mm。動力電池與動力系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)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A(yù)0級純電動乘用車的動力電池包。為了滿足整車續(xù)航里程需求，達到所設(shè)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(tǒng)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A(yù)0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(qū)動軸夾角控制在5°以內(nèi)[3-4]。如圖5所示，驅(qū)動軸夾角是減速器輸出軸中心線與驅(qū)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(zhuǎn)動時振動也越小，操控越好，壽命越長，NVH性能也越好。

圖5 驅(qū)動軸夾角

如圖6所示，這款A(yù)0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(qū)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(qū)動安裝框架連接，整個動力總成與電驅(qū)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(fā)蓋鎖螺栓孔共用，固定在發(fā)蓋鎖支架上，發(fā)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(fā)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(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)省了大量研發(fā)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(zhuǎn)換器，z-方向為電驅(qū)動框架總成，左側(cè)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(qū)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(chǎn)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(shù)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(cè)的安裝固定角錯相設(shè)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(zhì)，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(zhuǎn)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(cè)為高低壓直流轉(zhuǎn)換器。因高壓配電盒和電機控制器在工作過程中發(fā)熱，均需通風(fēng)散熱。為了加強高壓零部件的通風(fēng)散熱，避免兩者之間在工作狀態(tài)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(chǎn)生運動干涉。

4 結(jié)語

本文闡述了某A0級純電動乘用車關(guān)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(guān)鍵零部件的布置方案以及在布置過程中應(yīng)該注意的問題。高壓關(guān)鍵零部件布置是一項復(fù)雜且綜合性較高的系統(tǒng)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。