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1、纯电动乘用车总布置设计研究时间:2010-10-2512:18来源:上海捷能汽车技术有限公司作者:admin点击:次通过一款A00级纯电动乘用车设计实例,介绍了纯电动乘用车的总布置设计技术,包括动力电池的外结构设计布置、电机及其控制器的布置、连接结构设计、高压器件的布置设计和相关充电设备的布置0 引言 随着以石油为代表的不可再生矿物能源的逐渐消耗, 能源危机、环保、可持续发展成了摆在人们面前亟待解决的问题。在占世界能源消耗大约1/3的汽车方面, 世界范围内, 以美国、日本、欧洲等发达国家为首, 世界上大部分有实力的国家都
2、投入巨资进行电动汽车的研发, 日本三菱的i-MiEV及日产的Leaf等纯电动乘用车将于近一两年内逐步上市。纯电动汽车以其环保、高效和可持续发展的巨大优势吸引着人们的目光。由于跟传统汽车区别较大, 纯电动乘用车在结构方面需要较大变化的设计和布置才能满足一定的性能需求。本文将从纯电动乘用车几个关键部件及系统的总布置方面进行论述, 同时结合项目实际过程中的一些问题进行阐述。 1 纯电动乘用车整体结构 图1所示为纯电动乘用车的关键部件位置。纯电动乘用车主要由电池ESS系统总成、驱动电机及减速箱总成、电机控制器、充电器、充电口及其
3、他相关附属部件组成。在实际设计的过程中, 兼顾空间和轴荷匹配、高压安全等方面考虑, 关键部件的布置显得特别重要。一方面，这些部件大部分工作在高压状态，如果布置在很容易变形或者磕碰的地方, 那么可能会造成系统的漏电, 对人员安全造成极大威胁；另一方面, 这些部件普遍重量较大, 如果不进行整车特别是底盘的动力、操控性能的全面分析, 部件重量分布不合理, 对整车的性能和安全同样会留有很大的隐患。因此, 根据对底盘和整车性能的分析, 以及对高压安全等角度的考虑, 对纯电动乘用车的关键部件进行了多轮的验证性布置, 逐渐趋于图1所示
4、位置。 整车采用前置动力前驱的方式, 电机及减速箱、电机控制器布置在前舱内, 有利于提高驱动效率; 电池布置于底板下面, 有利于平衡前后轴荷,提高操控性能, 同时, 利于电池的安装, 为以后电池快换技术留有可研究的余地; 充电器放在后部,在防水和防尘方面具有很大的优势。充电口放在原加油口位置, 有利于减少车身的变化量, 提高与传统车的兼容效率。 2 整车动力系统选型计算及布置 2.1 整车动力性能计算本车定位为A00 级车型, 相关参数需求见表1。 表1 相关参数（新能源汽车聚焦网制表）整车整备质量（kg）1050
5、最高时速（km/h）120续航里程（km）160（国标讨论稿要求）百公里加速时间（s）12爬坡度（%）>20 根据样车试验数据以及以下公式计算: (1)电动机转速与汽车行驶速度之间的关系为: (2)在良好路面上以最高车速行驶时的阻力功率之和, 即 (3)式中:T 为电动机扭矩,Nm;r 为车轮滚动半径,m； n 为电动机转速,r/min； i0 为主减速器传动比； Pe 为电动机额定功率
6、,kW；G为整车总重量,N；f 为滚动阻力系数； va,max为最高车速,km/h； CD为空气阻力系数； A为车辆迎风面积,m2。本车采用单极减速器配合差速器减速比, 达到优化动力系统性能的目的。电机采用核定功率28kW; 电机峰值功率采用59kW; 电机采用最大扭矩158Nm。 2.2 电机选用及相关传动形式定型目前, 电动乘用车驱动电机主流有两种形式的驱动电机: 永磁同步交流电机和永磁异步交流电机。电机是电动汽车最为核心的零部件之一, 根据电动汽车的需求, 对驱动电机有以下要求: 结构紧凑、尺寸小, 重量轻, 可靠
7、性高、失效模式可控,效率高, 成本低, 低噪声、低震动, 恒功率调速范围宽。受电流以及电压的限制, 以及根据以上要求和计算的结果, 选用永磁同步交流电机。并通过设计特殊的水冷系统和匹配相应的电力电子系统尽量满足电动乘用车对驱动电机的要求。在同样功率输出的情况下, 匹配合理的减速机, 有利于提高输出扭矩, 增强电动汽车的加速性能和优化传动效率, 根据计算匹配, 本车专门设计了一个单级减速器, 实现上述功能; 同时, 由于区别于传统的内燃机,电动机无法实现辅助制动的功能, 减速器还设计了驻车锁止机构以及倒车机构。 3 前舱关
8、键零部件的布置设计 在传统汽油机车上, 前舱是核心部件的集成地, 发动机、变速器等关键零部件基本都布置在前舱里面。同样, 电动汽车也把一定的关键部件放在了前舱, 主要有: 电机控制器、电机、减速器、电动真空泵、电动空调等, 主要是因为以下几个方面的原因。(1)电动汽车专用零部件比较多, 整车内其它位置基本已经没有空间
