电动汽车动力系统布置设计

段宝敬 代罡 孙国庆

东风越野车有限公司 湖北十堰 442000

为了推进电动汽车产业发展，需要不断优化电动汽车动力系统布局，从根本上分析电动汽车动力系统的运行特点和实际运行要求，优化电动汽车内部动力系统结构，提升电动汽车在运行过程中环保、安全性能和节能效果，确保电动汽车的综合效益。

1 电动汽车动力系统现状

与普通汽车相比，电动汽车具有节能、环保和体积小的优势，因此能够有效地应对因车辆数量增加引起的空气污染严重增加问题。虽然电动汽车被认为是我国汽车工业的重要发展方向，基本所有汽车制造厂均有相关产品上市或者研发当中，但由于技术和成本因素，电动汽车的生产和随后的运营仍然存在很多问题，特别突出的是电动汽车的电池性能及续航里程不足问题[1]。与传统燃油车相比，电动汽车的续航里程还有很大差距。而且随着电动汽车充电次数的增加，电池容量会逐渐下降，导致续航里程不断下降，严重影响驾驶体验。电动汽车的制造成本高昂，内部电池系统需要充电站等附件设备。在中国，电动汽车的普及还不够成熟，城市里也没有快速充电站，这使得公众对电动汽车的认识程度较低。电动汽车的电池续航时间短，加载时间从6小时到8小时不等，可能会严重影响公众的行动能力，也成为电动汽车难以普及的重要因素。

2 电动汽车动力系统关键技术

2.1 电池

电动汽车的电池通常以电池组的形式布置在车架下、行李箱内。目前使用较多的是铅酸电池、锂离子电池等，均有体积大、重量大、运行散热温度高、单个电池组成本高等特点。相对来说，锂离子电池综合性能较忧，它具有优异的低温性能、高能量密度、高充电容量和良好的安全功能等优势，成为电动汽车电池选用的主流产品[2]。

2.2 电机

发动机驱动和电机驱动是电动汽车的驱动力。为了获得良好的性能，驱动电动机必须考虑以下特性：转速范围、速度、初始转速、大小、小、质量、效率、动态制动和能量反馈等。电机可分为DC电机和交流电机等，其中三相交流电机是应用最广泛。交流电机效率高、重量轻、可靠性高、使用寿命长，但是控制技术还有待提高，随着技术的发展，交流电机的控制技术问题将不断得到优化解决，控制风险及控制成本将会逐步降低。

2.3 电控

整个动力总成传动系统均需要控制器的参与进行匹配设计，使整个系统输出的技术参数符合整辆车的要求。电子控制分为硬件和软件。硬件主要由控制器组成；软件是控制电子控制算法的一系列程序，它在输入中建立了关联数学模型，通过前期的匹配设计及后期整车试验标定修改，最终保证动力系统的输出满足车辆设计目标，达成降低油耗、能量回收等要求。

3 电动汽车动力系统布置设计

3.1 电动汽车驱动系统布置

当前电动汽车的驱动系统根据发动机参与程度、电机发电模式等不同，分为不同的构型，在设计驱动系统结构时应充分考虑各种因素，确定基本构型。同时在设计时还应考虑与传统汽车的延用关系等。在前期设计方案时应考虑驾驶员的驾驶模式。①布局电动车的传统驾驶模式。电动汽车的传统驱动结构主要是发动机、变速器等。在实际使用中，传统发动机复杂，实际运营成本高，越来越多地被电动汽车行业淘汰。因此，原来的燃油发动机不得不转换成主要消耗能量的发动机。②规划电动汽车的集成驱动模式。在旧发动机的基础上，增加了比例加速器和差速器，以控制发动机的空间利用率，实现了轻度重组的目标。部分电动汽车目前具有集成驱动模型和前驱动方法，以最大限度地扩大电动汽车的内部空间。此外，车辆下部的供电能力设置为平均分配车辆总重量，大大减少事故造成的电池损坏或爆破；③双电机驱动模式。双电机驱动方式在电动车上的应用主要是两个车轮配一个电机，这就要求电机每侧集成一个恒速比减速装置，电机用半轴承与车轮底部连接。当电机单独运行时，不需要另一个驱动，该驱动可以单独使用电气系统。这种驱动方式对电机运行要求较低，更适合大中型电动车。

3.2 电机的布置方法

动力系统布局方式可分为四种：①传统驾驶方式：与传统汽车相比，布置结构变化不大，结构仍然复杂，空间小，质量大，通常由前向后驱动；②集成驱动模式：发动机、制动器和变速器的组合使控制更加方便，平衡车身重量。根据原始车身结构，通过布置位置的调整，修改车身设计结构，平衡重心位置，内置驾驶仪是大多数常用车辆使用的设计模式，前面的设计避免了电池发生碰撞的风险；③双电机驱动方式：两个驱动电机，适用于中高端客车，每辆车均由两个电机驱动。优点是两个电机可以独立控制，差速器电流不能直接进入控制器；④轮式电机驱动方式：电机安装在轮胎的一侧，此驱动结构具有高集成率、短能量输出路径和紧凑的设计等对未来汽车发展至关重要的优势，但是缺点很明显，扭矩不够大，所以无法满足大型车辆的大扭矩需求，只能应用于小型电动汽车。

3.3 电动汽车电池布置

目前的电动汽车动力系统布置过程中，电池单元（电池组）承担了主要的电能存储功能，因此电池组根据车型需要设计设置一定的容量，而不同容量的电池组体积不同，容量越大体积越大。为了确保电动汽车空间的合理分配，并从根本上提高驾驶员的舒适性，需要对行李箱及备件空间等的接收能力进行分析，合理布置电池组，以确保车内使用空间，提高车辆行驶时的稳定性。同时还需要考虑碰撞性能，避免在一定工况下当电动汽车发生事故时确保电池组在碰撞时不会损坏，优选布置在客厢地板下的前后轴之间。由于公众对电动汽车电池组使用寿命和电池能量密度的要求不断提高，锂电池已经成为电动汽车的首选电池组。由于三元锂电池在运行过程中会有一定程度的散热导致电池组温度相对较高，在电动汽车动力系统的总体布局中，相关人员应增加电池冷却系统，从根本上控制电池温度，目前的电池冷却系统主要分为液冷和风冷。

4 结语

随着近年来研发水平的提高，电动汽车得到了很大的提高。与传统燃油车相比，它们在动力性、舒适性和环保性等方面的优势必将取代燃油车成为未来的主要出行方式。但不可否认的是，目前电动汽车仍然存在一些技术缺陷和基础设施不完善等问题。如果能有效解决续航里程短、充电速度慢等问题，将会进一步促进其推广普及，成为买车的首选方式。