對于電動汽車動力系統(tǒng)總布置設(shè)計分析

逯寧

摘要：隨著科技的發(fā)展，人們對汽車的要求開始越來越來高，如果說現(xiàn)階段人們對于汽車的要求是處在節(jié)能、減排和安全的階段，那么在未來能源、環(huán)保以及安全將會是汽車發(fā)展的重要方向。而電動汽車的出現(xiàn)恰好滿足了未來人們對汽車的所有需求，電動汽車作為綠色交通工具對緩解能源壓力以及在保護(hù)環(huán)境中有著重要作用，同時在汽車行業(yè)的發(fā)展中也有這跨時代的意義。本文以電動汽車目前所面臨的問題為基點，著重對電動汽車動力系統(tǒng)總布置設(shè)計做出分析探討。

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

電動汽車是高科技前沿產(chǎn)品。它集成了汽車、功率電子、控制自動化、電化學(xué)、計算機(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，電動汽車在污染與噪音方面都有所降低，同時電動汽車的使用對石油能源的保護(hù)也起到非常重要的作用。目前電動汽車的平均時速完全能夠滿足人們在城市生活中的需求，同時又在行駛安全方面有了很大的保障。

1電動汽車在現(xiàn)階段所面臨的問題

電動汽車具有環(huán)保、節(jié)能、體積小等多方面的優(yōu)點，但在現(xiàn)階段國內(nèi)市場上的電動汽車仍然面臨著許多問題，這些問題導(dǎo)致了電動汽車的發(fā)展緩慢，研究設(shè)計也一直停滯不前。首先，電動汽車的行駛里程有限。目前電動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，也會導(dǎo)致續(xù)航里程下降。其次，電動汽車的制造成本過高。電動汽車的電池系統(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汽車的原因。同時，電動汽車電池快充時間在2小時左右，慢充時間通常需要充6-8個小時。在當(dāng)今社會快節(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電動汽車動力系統(tǒng)總布置設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)

目前，在電動汽車動力系統(tǒng)總布置設(shè)計中有幾項關(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”。“三電”是組成電動汽車動力系統(tǒng)的核心，即電池、電機(jī)、電控。第一，電池技術(shù)。電池技術(shù)一直是電動汽車研制中的關(guān)鍵所在，電池技術(shù)也關(guān)系到電動汽車的整體性能，在現(xiàn)階段電池技術(shù)需要滿足高能量密度及功率密度、長時間的使用壽命、充電迅速、無污染以及低內(nèi)阻低放電率的要求。目前電池技術(shù)處于飛速發(fā)展階段，動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。對我國而言，其中磷酸鐵鋰電池成為了當(dāng)今電動汽車市場主導(dǎo)。但隨著國家對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。但同時在布置上也出現(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)秀成為電動汽車主流選擇。

3電動汽車動力系統(tǒng)總布置設(shè)計分析

3.1電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的布置形式

電動汽車主要有4類驅(qū)動系統(tǒng)布置形式：傳統(tǒng)驅(qū)動方式、集成式驅(qū)動方式、雙電動機(jī)驅(qū)動方式和輪轂式電動機(jī)驅(qū)動方式。

（a）傳統(tǒng)驅(qū)動方式，即是傳承傳統(tǒng)汽車的動力系統(tǒng)布置方式，由電動機(jī)、離合器、變速器、傳動軸、差速器組成。實質(zhì)相當(dāng)于將燃油發(fā)動機(jī)調(diào)換為電動機(jī)。通常以前置后驅(qū)的布置形式出現(xiàn)。結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，成本較高，空間利用率低。

（b）集成式驅(qū)動方式，即是將電動機(jī)、定比減速器與差速器集成為一體，類似于橫置發(fā)動機(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，且重量相對較輕。目前主流車型基本選用這種驅(qū)動方式，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。

（c）雙電動機(jī)驅(qū)動方式，即兩側(cè)輪邊各配一個電動機(jī)，每側(cè)電動機(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。因為相互獨立，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。此驅(qū)動方式對電動機(jī)要求較低，適用于中或大型客車。

（d）輪轂式電動機(jī)驅(qū)動方式，即電動機(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。由于動力輸出路徑極短，直接驅(qū)動車輪，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。輪轂電動機(jī)驅(qū)動的布置方式因高度集成化而帶來很高的靈活性，可以輕易實現(xiàn)雙前輪驅(qū)動、雙后輪驅(qū)動和四輪全驅(qū)三種模式。各種優(yōu)勢將輪轂式電動機(jī)推向未來發(fā)展趨勢的前沿，但由于其扭矩限制，目前還只適用于小型電動汽車。

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)量也會達(dá)到數(shù)百公斤。縱覽汽車內(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。

隨著對電動汽車?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車企業(yè)首選。但與此同時也帶來對電池冷卻系統(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。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)集成或使其獨立自成系統(tǒng)兩種方式。

4結(jié)語

綜上所述，隨著時代的進(jìn)步，電動汽車已經(jīng)慢慢的融入了人們的生活與交通當(dāng)中，電動汽車的環(huán)保性、節(jié)能性與安全性必將成為未來汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢。