纯电动汽车关键零部件的布置研究

纯电动汽车关键零部件的布置研究

何浪

安徽江淮汽车集团股份有限公司  安徽合肥  230000

摘要：中国也非常重视纯电动汽车的发展，出台了许多相关鼓励政策。各大汽车公司也在布局新能源汽车这个新市场。近年来，市场上陆续出现了多款纯电动汽车。我国纯电动汽车的发展，大多是基于原有的三厢汽油车。因此，在纯电动汽车的布局中，既要考虑原车的相关布局边界，尽量减少对原车的改动，又要合理地将纯电动汽车新增零部件安排到整车上，满足纯电动汽车的相关要求。在纯电动汽车的总体布局中，要考虑动力电池、动力总成等大型总成部件，以及充电动力、配电箱、电机控制器等。所以纯电动汽车的布局相比汽油车有了很大的变化。

关键词：关键零部件；纯电动汽车；布置；

近年来，环境污染加剧，全球各大汽车厂商纷纷发布燃油车禁售计划，并鼓励研发新能源汽车。纯电动汽车没有尾气排放，是一种非常环保的交通工具。为了打造低碳减排的汽车，要加强对纯电动汽车的研究。

一、纯电动汽车整车布置型式

纯电动汽车相对传统汽油车新增的主要零部件有充电口、充电机、电机控制器、电动机、减速箱、动力电池。电动机相当于发动机，一般布置在前机舱，也有部分小型后驱电动汽车将电动机布置在后面。电机控制器一般距电机不能太远，以便于高压电缆的布置，否则过长的高压电缆不仅增加了线缆的布置难度，还使得压降增大，影响电机性能。动力电池一般布置在前地板和后地板下方，主要是因为该区域空间较大，可以容纳体积较大的电池包，以满足整车续驶里程要求，且该空间内其他零件较少，可以尽量减小电池包的布置对其他零件的影响。充电口一般有3个布置位置:前格栅、加油口盖和翼子板，也有少量电动汽车布置在行李箱盖的标志处。由于充电机一般布置在充电口附近，所以选择充电口位置时还要综合考虑充电机的布置和高压电缆的走向。大部分纯电动汽车的整车布置型式如图1所示。

图1纯电动汽车整体布置型式

典型纯电动汽车的主要部件布置方案比较如表1所示。

表1典型纯电动汽车的主要部件布置方案

二、纯电动汽车关键部件布置

1.电池包。由于电动车依靠动力电池（也就是常称的电池包）续航，续航越大则电池包的体积和重量也越大。纯电动车的电池包一般都布置在地板下面，这对车身、座椅、前后轴都会受到影响。动力电池的布置要注意以下几个关键因素。（1）电池包布置在地板下面，在保证电池包和地面的安全距离以后，要尽量加大电池包的布置空间，以便车辆后续提升续航能力。电池包布置空间越大则会造成车辆地板抬高。如果地板抬高很多就会影响到前排驾驶员和副驾驶的乘坐，因此电池包电量的增加和人的舒适感折减的矛盾要妥善处理，并选择一个最折中最适合的方案。（2）电池包与车身左右纵梁的安全间隙需通过电池安全碰撞和车身安全碰撞的实验确定，电池包则必须布置在这个范围内。（3）动力电池布置在前地板下面，会造成前面地板向上翘起来，影响前排的座椅厚度和后排的乘客。要选择一个相对舒服的点，座椅根据这个点的位置进行尺寸设计。这样就可以得到动力电池的最大位置。（4）续航能力大于250km的电池包的重量一般都在300kg以上，布置电池包的时候，要通过计算确定底盘的承载力能否达到标准。电池包对轴荷的影响会直接影响汽车的稳定性。研究表明，向前布置电池包，减小动力电池的体积和重量，可以提高整车的操控能力。

2.动力总成布置。纯电动汽车动力总成由电动机和减速箱组成，相比传统汽油发动机和变速器组成的动力总成，纯电动汽车动力总成的体积相对较小，并且没有进气系统和排气系统，因此相对来说，纯电动汽车动力总成布置更容易。一般来说，纯电动汽车动力总成布置需要注意以下问题。(1)电动机和减速箱因为其自身冷却和润滑的需要，其姿态角须在一定的范围内，这是动力总成布置的前提条件。在满足姿态角和间隙要求的情况下，选择一个初步位置。(2)动力总成位置初步确定后需要验算传动轴夹角和滑移量是否满足要求，一般初步的验算方法为:以前轮心为圆心画一个半径为25 mm的圆，差速器输出口轴线落在此圆内即可，后续需要进行专业详细的分析计算。(3)根据不同的碰撞安全等级要求，设定合理的前碰空间间隙，其中D1值为前纵梁最前端与动力总成最前端在车体方向上的距离，如有完整封闭的碰撞吸能盒则前端至吸能盒前端，D2(L1+L2)值为动力总成后端与前围板在车体方向上减掉转向节在该方向上的尺寸。D1与D2之和越大越有利于碰撞安全。对于纯电动汽车而言，由于电动汽车的动力总成较传统动力总成的尺寸小，所以纯电动汽车的机舱碰撞安全较传统车更为有利。(4)动力总成在高度方向上的位置主要受限于两个因素:一是动力总成最低点到地面的最小间隙，若该间隙太小，则可能会造成在行车过程中发生剐蹭现象;二是机罩与机舱内零部件的空间间隙要求，若要满足第二阶段的法规要求，该空间间隙一般在75～85 mm左右。因此在确定动力总成高度位置时还要综合考虑电机上方的部件，避免造成布置和相关法规的冲突。

3.充电口的布置。由于晚间家庭用电比较便宜，这就需要一个车载充电器和慢充接口，用于家庭充电。然而目前纯电动汽车续驶里程相对较短，在长途旅行时，用户都希望能够在行车途中临时快速充电，这就需要车辆提供快速充电接口。所以纯电动汽车需提供快充接口和慢充接口，方便用户在不同情况下充电。充电口布置位置并无严格要求，一般根据总布置要求来综合考虑。目前主流的布置有以下几种位置。(1)充电口布置在前格栅处。由于充电机不能和慢充接口距离太远，以免对高压电缆布置不利，所以如果慢充接口在前格栅，充电机布置在机舱，充电机就可以利用机舱的风扇进行自然冷却，而不需要单独为充电机设计冷却风道，并且由于前格栅是塑料件，在前格栅上开孔设计充电口的成本比较低。(2)充电口布置在前翼子板处。这种布置虽然也可以使充电机布置在机舱，但由于前翼子板是外观钣金件，在该处开孔设计充电口的成本较前格栅要高得多，并且充电口处的高压电缆走向比较困难。(3)充电口布置在原加油口盖处。这种布置最大的优点是可以利用原加油口，而不需要新设计开孔，避免增加成本。但是这种布置时充电机须布置在行李箱，并且需要设计专用的风道对其进行冷却，可能会影响行李箱容积。充电口的布置应该视车辆本身的特点和总布置情况来定。

三、电动车的电池系统

电池组的使用要注意电池组的安全可靠性，通过管理系统对电池组行管理，为了降低成本要延长电池的寿命，电池管理系统的作用如下。

1.测量电池的电压温度和电流，判断电池的工作性能。

2.对电池进行SOC分析，这个估算方法有电压、安时、内阻法等，在具体的操作中采取综合的方法对数值进行修正，根据需要进行数值估算。

3.电池放电管理。在充电中对电流、充电进行控制，如果电池组出现故障就要报警，以保证充电的质量。

4.控制电池的均衡。为了避免单体电池短路，要对单体电池的充放电进行平衡处理。一般的方法有旁路分流、开关电容和能量回馈法等。

总之，关键零部件的布置工作是个系统工程，既要确保整车零部件、系统装配的集成、合理的空间间隙和功能安全，实现功能参数的最佳空间利用，又要对电机性能、动力电池、高压安全等相关知识比较熟悉，才能进行合理布置。关键零部件的布置工作是比较上游的设计工作，其好坏直接影响下游设计的难易程度，在布置工程中需要协调车身、动力系统、电池、内外饰、造型等相关部门，最终达到一个各专业设计都比较合理的布置方案。

参考文献：

［1］刘云．电动汽车结构布置及设计．2019．

［2］贾兴虎．关于纯电动汽车关键零部件的布置研究.2021.