淺析純電動汽車動力系統性能開發

動力系統是純電動汽車可被消費者感知的基本屬性，它包括車輛的動力響應、續駛里程、駕乘體驗及充電時間等，因此消費者選購電動汽車的首要是選擇優秀的動力系統。

如果動力系統的設計沒有滿足客戶需求及市場定位，用已有零部件東拼西湊，以完成零部件開發為目標；或者設計中臨時變更，對結果驗收控制不嚴格，對這樣設計出來的動力系統會無法保證車輛競爭力，不能給用戶帶來滿足感。如何設計出具備競爭力的動力系統，作者對多款車型開發經驗進行總結，下面進行詳細說明。

動力系統性能開發V字流程

整車開發流程是汽車實現從概念設計到批量生產的重要保障，它通過系統化的目標定義和嚴格的測試驗證，確保產品在設計、制造和交付過程中符合高質量標準1]。動力系統開發流程按照V字流程可概括分為三層，如圖1所示。

V字左邊第一層為整車設計層級，應首先明確車型定位、目標用戶和核心賣點，從商品性需求中定義整車性能目標，確保產品設計能夠精準滿足消費者需求和市場趨勢。第二層為系統設計層級，根據整車目標分解出動力系統設計所需的詳細開發參數，作為零部件設計的輸入。第三層為零部件設計層級，動力電池、電驅系統等根據分解的性能參數，完成詳細開發設計。V字右邊分別通過零部件、系統、整車搭載，完成車輛性能的驗收，從而形成從目標制定到目標分解，再到零部件開發，最后到整車驗證的閉環流程。

動力系統性能開發

動力系統的主要性能包含動力性、經濟性、充電性、駕駛性、NVH（噪聲Noise，振動Vibration，聲振粗糙度Harshness）、EMC（ElectromagneticCompatibility，電磁兼容性）等。動力系統的性能開發主要指圍繞圖2所示的性能，根據整車分解的需求指標，開發出符合市場需求的產品。

1.動力系統相關商品性目標確認

商品性定義是汽車研發過程中一個關鍵環節，它通過明確產品在市場中的定位和滿足用戶需求的方向，為后續的設計、研發和生產提供指導[2，3]。首先明確產品在市場中的定位，包括目標消費群體、競爭對手及價格區間等，以確保產品能夠滿足市場需求和消費者期望。其次確定產品的核心特性和賣點，如動力性能、安全性能、舒適性、智能化程度等。同時關注行業內的技術發展趨勢，引入創新技術，提升產品的競爭力，例如低溫續駛里程打折率，超級快充技術。選擇與同級別中銷量、口碑較好的競品車進行對標分析。通過以上方法制定出的商品性目標，可保證市場需求和產品定位相匹配，并具備同級別車型競爭力。

以某純電動B級SUV市場定位為例，目標客戶是中產家庭，購車目的是提升全家人的出行品質，追求實用舒適和主流潮流的科技體驗。用戶最為重視的續駛里程、舒適、空間、安全、造型及補能等，歸納商品性目標定義如圖3。

2.整車目標設定與動力系統性能目標分解

根據商品性目標輸入，制定出整車性能目標，是汽車開發過程中的關鍵環節，它把商品性目標分解為具體的，工程化語言的性能指標，明確了車輛在設計和開發階段需要達到的各項性能指標，是確保研發的產品符合市場需求的重要文件，為后續設計提供了明確的設計輸入，為市場和用戶提供了可靠的產品保證。表1為某車型動力性和經濟性能整車目標定義，包含了與競品對比的情況。

性能指標分解是將整車性能目標逐級分解到系統級和零部件級的過程，目的是將總體的整車性能指標轉化為具體、分層級的子系統和零部件性能要求，以便在汽車開發過程中實現各層級目標的協同優化和驗證。以車輛動力性目標為例，通過對汽車運動學建立CAE（ComputerAidedEngineering，計算機輔助工程）數學模型，模擬汽車的運動、受力、振動等特性，求出影響動力性相關因素的各個系統，并進一步通過仿真工具，計算出滿足動力性要求下的電驅和電池放電功率及轉矩的需求。

根據GB/T18385-2024《純電動汽車動力性能試驗方法》[4，動力性目標可分為最高車速、30min最高車速、零百公里加速、爬坡車速及最大爬坡等。

本文以零百公里加速舉例，根據汽車運動學CAE模型，汽車百公里加速主要影響因素有幾下幾個方面：

（1）車輛參數較輕的車身質量能夠降低加速時的能耗，提升加速性能；優化的車身設計（如低風阻系數、隱藏式門把手、懸浮式尾翼等）可以減少空氣阻力，提高加速效率；輪胎的抓地力和滾動阻力直接影響車輛的加速表現，高性能輪胎可以提供更好的抓地力，減少打滑。

（2）動力系統電動機的峰值功率和轉矩輸出是影響加速性能的關鍵。高功率、高轉矩的電動機能夠在瞬間提供更強的動力，從而縮短加速時間；電池的電壓、容量和放電能力直接決定了電動機的能量供應。高電壓、大容量且低內阻的電池能夠更高效地輸出能量，支持電動機在加速時的大電流需求；高效的電動機、減速器和電控系統的集成效率，可以減少能量損失，提升加速性能；

（3）其他如高效的熱管理系統可以確保電池和電動機在高負荷運行時保持穩定的工作溫度，避免因過熱導致的性能下降；快速的電動機轉矩響應速度，可以在踩下加速踏板一刻立即發揮出最大轉矩輸出，快速進發出動能。

當不同約束系統之間目標定義清楚后，需要對動力系統內部哪些因素會影響百公里加速性能進行詳細分解5＼～7]，詳見表2。

1）電動機峰值驅動功率、峰值轉矩目標分解：根據汽車加速公式及整車參數，加速時間，可以計算驅動電動機需求峰值功率 ?220kW 且輸出時間 ?10s ，輪端峰值轉矩 ?3375N.m ，同時電池系統需要保證輸出電壓 ?635V ，熱管理系統需要保證電驅工作進水溫度?65°C 。

2）電驅總成系統效率是指電驅動系統在將電能轉換為機械能時的效率，通常用輸出功率與輸入電能的比值來表示。它是整個電驅動系統的綜合效率，包括電動機、電控和減速器等部件，反映了從電池到車輪整個能量轉換過程的效率。在百公里加速工況中，此參數用來輔助計算電池系統放電功率。

3）電池系統峰值放電功率應在電驅電功率的基礎上考慮效率加低壓附件消耗功率和動力系統控制預留功率，常溫低壓附件消耗功率根據不同項目取 0.2～ 0.4kW ，動力系統控制預留功率按經驗取3kW。

電池系統放電功率計算公式

式中 PBatt-Dchg_max 電池系統峰值放電功率， kW

PMtr_max 電動機峰值放電功率， kW η 電驅系統效率， % 。

4）電池系統放電末端電壓計算，需要考慮在全油門加速過程中電池輸出的電流很大，電池內阻會引起電壓下降，從而影響輸出到電驅功率及電壓。電池包內阻越大，壓降越大。

電池系統放電末端電壓計算公式

U_end=U-P_BattDchgmaxR_BattDchg/U

式中 R_BattDchg （2號 電池系統等效內阻， Ω ，三元電池一般取 0.05～0.15Ω ，鐵鋰電池一般取 .0.1～0.15Ω

U 1 電池系統無負載輸出的開路電壓，V；Uend 電池包峰值放電末端電壓， ΔV PBatt-Dchg_max 電池系統峰值放電功率， kW 0

5）系統預留功率，是指為預防電池系統過放（由于電驅電流存在估算誤差以及電流尖峰，某些工況可能導致電池放電電流超過所允許的最大電流），需預留的控制電流，根據經驗一般取3kW。電動機輸出峰值驅動轉矩響應時間，如圖5所示，是指電驅系統自身響應轉矩目標的時間，加載響應越快，能力越強，根據經驗值一般取值 ?0.3s 。

動力系統開發驗證

零部件根據系統層級輸入性能指標，如功率、轉矩、轉速、電量等，完成材料選型、硬件開發和結構設計。零部件完成開發后，在實驗室臺架測試，驗證其是否達到設計指標，最后需要在整車搭載驗收[8]。整車驗收包含耐久測試、道路測試、性能指標測試等，發現不符合項目后對問題進行分析，可借助于FMEA等質量工具找到問題真因，進行零部件設計整改，再重新測試直至合格。以某車型為例，對于動力系統相關的動力性目標、經濟性目標、充電目標進行驗收測試，結果見表3。

表3動力系統性能目標驗收表

結語

成功開發一款純電動汽車高壓系統開發，首先要從市場分析入手，研究消費者需求、競爭對手產品，確定車輛的目標市場定位；然后基于市場定位分解出動力系統的開發參數，完成系統的詳細開發設計；最后通過試驗測試進行開發目標驗收。

相比于單獨說明動力系統仿真匹配的文章不同，該方法重點在于如何從市場需求推導出開發指標，用于零部件設計，保證最終產品符合設計目標，可具備競爭力，成功推向市場。

參考文獻：

[1]劉宗巍，康丹，趙福全，等.汽車產品開發流程的量化評價與對比分析[J].汽車工程學報，2020（4）：286-296.

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[3]劉毅.基于用戶體驗的乘用車商品企劃研究[J].汽車科技，2022（1）：21-25.

[4]全國汽車標準化技術委員會.純電動汽車動力性能試驗方法：GB/T18385-2024[S].北京，中國標準出版社，2024.

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[6]薛冰.純電動汽車動力性與經濟性有效平衡的研究[J].汽車零部件，2023（5）：24-27.

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