電動汽車平臺規劃探討

何永漢

東風柳州汽車有限公司 廣西省柳州市 545000

隨著能源消耗日益增加，節能減排已迫在眉睫，汽車電動化成為未來的發展趨勢。近幾年來，在國家的政策扶持下，我國的電動汽車發展取得了矚目的成績，年銷量已突破50萬輛，穩居全球銷量第一。電動汽車各項技術也在不斷突破，產業鏈及配套充電設施逐漸完善，已初步具備市場化基礎。2017年9月，國家發布了《乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》，簡稱雙積分政策，要求2019年乘用車企業新能源積分占比需達到10%。各家企業為達成雙積分要求，相繼宣布投入重金研發電動汽車平臺，計劃2020年以后上市的電動汽車均基于電動車專用平臺開發。由此可見，電動汽車平臺對支撐汽車企業產品投放起著重要作用。

1 電動汽車平臺構成

電動汽車平臺由底盤、低壓系統、高壓系統組成。由于低壓系統與傳統車相差不大，所以本文重點研討底盤及高壓系統。

底盤是由懸架系統、制動系統、轉向系統、傳到系統、地板構成，是傳統意義上的汽車平臺。

高壓系統由三大電、三小電及高壓線束組成。其中三大電是指電池包、驅動電機、電機控制器，是電動汽車平臺高壓系統的重點及核心技術；三小電指車載充電器OBDC、DC-DC、高壓配電盒PDU，三小電目前技術相對比較成熟；高壓線束是指連接三大電三小電之間的高壓線，對安全及防干擾保護要求較高，技術也相對成熟，隨著未來產量的增加，成本將會大幅度降低，本文不作重點探討。

2 現有電動汽車平臺分析

2.1 電動汽車底盤

現有的電動汽車底盤可以分為兩類：一類是基于傳統能源汽車改制；另一類是結合電池包全新開發，把電池包融入到底盤中。

基于傳統能源汽車改制出來的電動車底盤，最大的改動點就是地板。通過重新設計地板以適應電池包的布置，并對車身進行局部加強，保證整車的安全性，同時對懸架系統、制動系統、轉向系統等進行局部改制，重新調校、標定等，大部分零部件仍可以與傳統能源車型共用。這種方式改動少，開發成本低，又可與原來產品共線生產，同時能快速投放市場，很適合現在過度使用。但這種改制的電動汽車底盤具有很大的局限性，首先，電池包受到原有地板、懸架等設計的制約，電池包的布置空間受限，在現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，又需重新開發電池包。

結合電池包全新設計的底盤，直接把電池包與地板融為一體，把驅動系統、懸架系統、制動系統、轉向系統集成一起，做成電動車專用底盤，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，對懸架進行加高，就能變成SUV）。同時，軸距可根據電池包模組的尺寸進行縮短或加長，不需要重新開發模組，只新開電池包下托盤。這種新開的電動車平臺，能最大限度的利用空間進行布置電池包，拓展性好，通用性強，也有利于輕量化設計，同時也能使前后軸荷達到50：50的黃金比例，重心低，操穩性好。這種全新設計的底盤一次性研發投入大，同時由于地板不同，需要對現有四大工藝生產線進行改造，不利于與現有傳統能源車型共線生產，在電動車市場沒有完全打開的情況下，投資過大，對企業經營風險較高。

2.2 電動汽車三大電

決定三大電之間通用性的紐帶就是整車的設計電壓。設計電壓決定了電動車電池包、驅動電機、電機控制器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，設計電壓的選型由車輛需求的功率決定，車輛的整備質量及動力性需求決定了整車的功率選型，當功率一定時，電壓高，電流就小，功率傳輸的損失越少。但是，電壓越高，相應的高壓器件成本會成級數增加，且安全防護也越高。因此，結合功率及成本考慮，目前大多整車工作電壓選擇在300V-450V之間，并根據此來設計電池包輸出功率及驅動電機功率。

3 電動汽車平臺規劃探討

底盤與三大電開發涉及到四大工藝的變更，開發成本高，是電動汽車平臺開發的重點，下面分別對底盤與三大電的規劃進行探討。

一個平臺不可能兼顧到所有級別車型，在做電動車平臺規劃之前，需要先確定企業產品的布局、基本參數及動力性需求。

底盤需做好短期規劃及中長期規劃，短期規劃是作為一個過渡時期使用，一般是3-5年，部分總成部件考慮通用到中長期規劃的平臺中。中長期規劃是結合市場的趨勢，從戰略的角度從發，做好未來5-10年的規劃。目前電動車處于發展期，配套設施未完善，產業鏈未成熟，從市場角度，未來一段時間將仍然以燃油車為主，為保證企業正常銷量不受影響，規劃底盤時要考慮與現有車型共用性，短期內以現有車型改制為主，在換代的車型上底盤盡量兼顧燃油車與電動車共用。但是，由于電動汽車開發周期較長，發展電動汽車已經提升到國家的戰略高度，汽車電動化已經不可逆轉，新能源汽車將成為未來主流，現階段也應該適當投入研發電動汽車專用平臺，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計，為未來系列化開發及快速適應市場做好鋪墊同時，新的底盤平臺演變車型的軸距變化要結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變化，能夠有效地降低開發成本。

驅動電機根據整車質量進行規劃。可以把產品劃分為若干個質量段，在同一個質量段內的車型共用一款驅動電機。驅動電機主要由功率、扭矩及轉速三個參數決定，其選型可根據整車的動力性需求計算出來，但作為企劃人員，常常需要拿自己的產品與市場上同類產品進行對比分析。在做驅動電機規劃前，需要先收集市場現有銷量較好且用戶對動力認可度高的同級別車型整備質量、驅動電機參數，然后選擇轉速相同的驅動電機功率及扭矩進行數據分析，計算出同級別車型的噸功率（t/kW）及噸扭矩（t/N.m）范圍，以確定相應質量段內的驅動電機選型是否合理。根據經驗，一個驅動電機可適用于設計質量相差±200kg的車型，以此確定本企業車型需要的驅動電機個數。另外，驅動電機有集成式與分體式兩種布置，集成式電機使用的高壓線束少，能有效降低成本，如日產聆風，但目前市場上做集成式電機的資源太少，采購價格高，而且現階段電機的功率密度仍有很大的提升，過早地把電機控制器、高壓配電盒等集成到電機上反而不利于后期開發及通用性，因此，現階段建議仍是以分體式布置為主。

電機控制器結合驅動電機的功率選型，電機控制器的功率要大于等于對應電機的功率。大功率電機控制器可覆蓋小于其功率的電機。短期內，電動汽車的銷量仍然相對比較小，可多款驅動電機共用一個電機控制器，減少研發投入，增加銷量分攤成本。從中長期考慮，為了方便管理，以后的電機與電控將作為集成式開發，電機與控制器將會一一對應使用。

電池包規劃需要結合車型軸距及底盤考慮。常見的規劃思路有兩種，一種是整體采購供應商現成電池模組，以同平臺最小的產品設計一個電池包，然后共用到更大級別的車型，這樣能有效的減少開發工作及降低研發投入，但基于這種思路開發的電池包，匹配到更大的車型上時，續航里程就受到嚴重制約，后續續航里程提升只能依賴提升電芯能量密度來實現。另一種是外購電芯，根據企業產品布局自己設計模組，不同級別車型軸距變化根據模組的寬度設計，相當于軸距有變化的車型均重新開發電池包的下托盤及上蓋板，重新標定BMS。這種開發模式，在現在的電芯能量密度下可獲得較大的續航里程。實力較強的企業，如寶馬、奔馳、特斯拉等都是采用這種思路開發。首先，這樣模式采用標準化模塊確保生產中統一的質量標準，并為廣泛適應本企業旗下車型打下基礎，模塊化概念也可以快速響應客戶的需求；其次，電池包外殼的尺寸、形狀及所用的模組數量可以按需適配于本企業的各款車型。最后，這種模式也有利于車輛輕量化開發。但這種開發模式投入大，需要有較大的銷量作為支撐，現階段建議只作為預研性項目開發，減少四大工藝投入。

4 結語

電動車平臺化開發需要結合企業自身實際情況，同時密切關注市場及電芯技術的趨勢發展趨勢，形成一個比較準確的判斷，不要盲目投資。電動車還處于發展階段，規模仍然比較小，底盤暫時與傳統車共用，適當投入研發電動汽車專用底盤；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現有平臺開發，同時相近軸距的車型可適當犧牲一點續航里程，盡量共用一個電池包，以減少電池包開發成本。最后，為了使電機控制器、高壓配電盒、DC-DC、車載充電機等能夠通用，建議暫時采用分體式電機，有利于選擇更具成本優勢的驅動電機，快速投放市場。