电动汽车动力系统总布置设计分析

赵路军

摘要：当前，如何降低汽车的能源消耗和环境污染已经成为了汽车工业发展的主旋律。电动汽车作为绿色交通工具对缓解能源压力以及在保护环境中有着重要作用。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。

关键词：电动汽车；动力系统；总布置设计

电动汽车动力系统总布置的设计应按照满足运动空间、总装工艺间隙、热害间隙、最小离地间隙、传动轴夹角、碰撞安全和合理的成本控制满足法规等要求的布置方法。应遵守有关标准、规范、法规，不得侵犯他人专利。并力求零件标准化、部件通用化、产品系列化。

1电动汽车的结构特点

与燃油汽车相比，电动汽车的结构特点是灵活性，这种灵活性源于电动汽车具有以下特点：

1.1电动汽车的能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和转轴传递的，因此，电动汽车各部件的布置具有很大的灵活性。

1.2电动汽车驱动系统的布置不同（如独立的四轮驱动和轮毂电动机驱动等）会使系统结构区别很大，采用不同类型的电动机（如直流和交流电动机）会影响到电动汽车的质量、尺寸和形状；不同类型的储能装置（如蓄电池和燃料电池）也会影响电动汽车的质量、尺寸及形状。

1.3不同的补充能源装置具有不同的硬件和机构，例如蓄电池可通过感应式和接触式的充电机充电，或者采用替换蓄电池的方式，将替换下来的蓄电池再进行集中充电。

2布置原则

机舱布置应合理规整，提高空间利用率，以防止运动干涉，电动车机舱布置一般分位上下两层，上层布置维修更换频率高的部件，如电机控制器、整车控制器、DC/DC、高压电器盒、保鲜盒等部件；下层布置电机减速器和不经常维修的部件，如电动制动真空泵、真空罐、电动空调压缩机、水泵等部件。

2.1运动空间间隙和总装工艺间隙。部件连接分为刚性连接部件和柔性连接部件。柔性连接部件为部件与部件间安装有软垫，用以减震和降噪。刚性连接部件间最小间隙为10mm，柔性连接部件最小间隙为15mm，电机与其他部件的最小间隙为20mm。各部件线束插头拆装操作应留有A≥B+50mm的空间（B为接插件厚度），便于拆装和维修。

2.2热害间隙。风冷的充电机、电机和DC/DC等部件应满足部件散热片外部保留热害间隙大于20mm。

2.3最小离地间隙。各部件的布置应满足整车通过性，即最小离地间隙为H≥L/30+50mm（L为轴距）。

2.4传动轴夹角。动力总成的布置应使左右两个半轴与水平面的夹角尽量相等，且满载静止时4°≤α≤7°，角度越小传动轴噪音越小、寿命越长。

2.5碰撞安全。根据国内汽车设计经验，一般乘用车若要取得C-NCAP四星以上的碰撞成绩，吸能空间L=C+D≥560mm，C为动力总成距前保险杠最外延最小距离；D为动力总成距前围板最小距离。因前保杠的溃缩空间较大，所以建议为280至300mm。

2.6合理的成本控制。各部件的布置应选择简化冷却管路的布置方法，避免重复和折返，例如采用串联的结构，部件的管路连接按产生热量递增顺序排布。尽量考虑将用电器相配合部件布置在一起，尽量缩短两部件接线口间距离，简化管线的长度和走向。即尽量将DC/DC与充电机和小电瓶布置在一起、动力电池与电池管理系统和高压电器盒布置在一起、电机与电机控制器布置在一起。

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

⑴传统驱动方式，即是传承传统汽车的动力系统布置方式，由电动机、离合器、变速器、传动轴、差速器组成。实质相当于将燃油发动机调换为电动机。通常以前置后驱的布置形式出现。结构相对复杂，成本较高，空间利用率低。

⑵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。

⑶双电动机驱动方式，即两侧轮边各配一个电动机，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。此驱动方式对电动机要求较低，适用于中或大型客车。

⑷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。各种优势将轮毂式电动机推向未来发展趋势的前沿，但由于其扭矩限制，目前还只适用于小型电动汽车。

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圍局限于前者。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。

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。

4结语

推进新能源汽车发展，是全球汽车业的共同目标。因此，中国应顺应全球汽车业发展趋势，抓住传统汽车向电动汽车转型的战略机遇，坚持技术革新，推动和实现电动汽车产业的飞速发展。

参考文献：

[1]尚伟，金贤镇，陈鸿运.正向开发过程中总布置设计经验[J].汽车工程师，2017（8）.

[2]黄微波.浅谈汽车总布置设计方法[J].南方农机，2016，47（11）.

（作者单位：浙江众泰汽车制造有限公司杭州分公司）