对于电动汽车动力系统总布置设计分析

隋清阳

摘 要：迫于能源、环境带来的严重压力，研发新能源汽车，实现汽车产业的可持續发展已成为时代的主流。纯电动汽车因其能量利用率高、清洁、无污染、零排放等优点，更是成为当今社会研究的热点，具有广阔的市场应用前景。本文通过分析电动汽车目前阶段面临的问题，分析探讨动力系统总布置设计的关键技术和布置形式。

关键词：电动汽车;动力系统总布置设计;分析探讨

电动汽车是高科技前沿产品。它集成了汽车、功率电子、控制自动化、电化学、计算机以及新能源和新材料等工程技术于一身，与传统的燃油汽车相比，电动汽车在污染与噪音方面都有所降低，同时电动汽车的使用对石油能源的保护也起到非常重要的作用。目前电动汽车的平均时速完全能够满足人们在城市生活中的需求，同时又在行驶安全方面有了很大的保障。

1 电动汽车在现阶段所面临的问题

电动汽车具有环保、节能、体积小等多方面的优点，但在现阶段国内市场上的电动汽车仍然面临着许多问题，这些问题导致了电动汽车的发展缓慢，研究设计也一直停滞不前。首先，电动汽车的行驶里程有限。目前电动车企在公告车型中所能达到的最高续航里程已经达到400-500km，但与传统燃油汽车一般600-700km续航里程相比还有较大差距。且电动汽车电池组随着充放电循环次数的递增，而电池容量衰减，也会导致续航里程下降。其次，电动汽车的制造成本过高。电动汽车的电池系统需要充电桩作为配套设施，在国内快速充电桩尚未普及的情况下难以满足充电需求，非大城市一桩难寻的现象比比皆是。这也是很多人不予选择电动汽车的原因。同时，电动汽车电池快充时间在0.5小时左右（30%-80%），慢充时间通常需要充6-8个小时。在当今社会快节奏的生活下，与传统燃油汽车只需要添加燃油相比要麻烦了很多。

2 电动汽车动力系统总布置设计的关键技术

目前，在电动汽车动力系统总布置设计中有几项关键技术是需要加以重视的，也就是我们通常所说的“三电”。“三电”是组成电动汽车动力系统的核心，即电池、电机、电控。第一，电池技术。电池技术一直是电动汽车研制中的关键所在，电池技术也关系到电动汽车的整体性能，在现阶段电池技术需要满足高能量密度及功率密度、长时间的使用寿命、充电迅速、无污染以及低内阻低放电率的要求[1]。目前电池技术处于飞速发展阶段，动力电池主要分为磷酸铁锂电池、三元锂电池（包括NCA和NCM）、锰酸锂池、钴酸锂池、镍氢电池等。对我国而言，其中磷酸铁锂电池、三元电池成为了当今电动汽车市场主导。但随着国家对电池能量密度要求的逐渐攀升，磷酸铁锂的局限性限制了它的发展，三元锂电池逐渐成为趋势。但同时在布置上也出现了相应难题，即如何更好的整合冷却系统进入电池系统。第二，电机技术。现阶段电动汽车电机种类包括：直流电机，交流感应电机（异步电机），永磁电机和开关组电机。交流三相感应电机结构形式简单，体积较小，可靠性强，效率较高，响应快，且转速范围宽。虽然交流三相感应电机调速系统比直流电机更加复杂，但仍因综合性能优秀成为电动汽车主流选择。

3 电动汽车动力系统总布置设计分析

3.1 电动汽车驱动系统的布置形式

电动汽车主要有3类驱动系统布置形式： 集成式驱动方式、双电动机驱动方式和轮毂式电动机驱动方式。

（1）集成式驱动方式，即是将电动机、定比减速器与差速器集成为一体，类似于横置发动机，结构紧凑，体型较小，利用左右两半轴与两侧车轮直接相连，空间利用率较高，且重量相对较轻。目前主流车型基本选用这种驱动方式，并配以前置前驱的布置形式。前舱在这种布置方式下，有利于保证乘员舱人机空间，并可让出地板下部空间布置动力电池，有利于平衡整车质量分配，降低电池在碰撞中受到损伤的风险。这种驱动方式也是目前最主流的方案。

（2）双电动机驱动方式，即前、后各配一个电动机，每侧电动机都是与定比减速器集成一体，并用半轴或直接与车轮相连。因为相互独立，所以无需差速器，可以用电控系统分别控制，起到电子差速器的作用。但此种形式对整车控制要求较高，悬架系统较复杂，成本高，目前主要应用于中高端高性能电动汽车。

（3）轮毂式电动机驱动方式，即电动机直接装配在车轮轮毂上，高度集成化，空间结构利用率极高。通常用定比行星轮减速器，提供较大的减速比，达到增加扭矩的效果。由于动力输出路径极短，直接驱动车轮，可以极大地提高机械效率，节省能量。另外高度集成化也意味着动力系统质量的减轻，也意味着续航里程的增加。轮毂电动机驱动的布置方式因高度集成化而带来很高的灵活性，可以轻易实现双前轮驱动、双后轮驱动和四轮全驱三种模式。但是电机的防水、散热、隔振问题尚未完全解决，目前还无法批量生产。

3.2 电池的布置形式

数百电池单元串并联在电池包内部，这就要求电池包有足够大的体积去容纳。如此数量众多的电池单元，导致电池包的质量也会达到数百公斤。纵览汽车内外部空间，适合电池包布置的只有乘员舱地板下部前后轴之间，及行李箱内。

行李箱的储物需求及备胎所占空间需要在一定程度上迫使电池包的布置范围局限于前者。其次，如若将电池包布置于行李箱内，后轴荷分配质量将会急骤增加，不利于汽车行驶及操作稳定性。当汽车发生后碰撞时电池包的安全防护也将成为问题。所以电池包的位置推荐布置于乘员舱地板下部前后轴之间，并设计专用的车体防护、支撑动力电池。

随着对电动汽车续航里程和电池能量密度要求的提高，三元锂电池逐渐成为电动车企业首选。但与此同时也带来对电池冷却系统的需求。冷却方式有液冷及风冷两种方式。液冷显而易见在热交换率上和布置灵活性上更有优势。布置上通常有将电池冷却系统与电机电控冷却系统集成或使其独立自成系统两种方式。

4 结语

综上所述，随着时代的进步，电动汽车已经慢慢的融入了人们的生活与交通当中，电动汽车的环保性、节能性、智能性与安全性必将成为未来汽车行业的发展趋势。

参考文献：

[1]夏青松.电动汽车动力系统设计及仿真研究[D].硕士学位论文，2007（11）：1-31.

[2]许保同，杨国亮，吴奇.纯电动汽车电控系统参数匹配[J].汽车工程师，2016（10）：44-47.