基于传统平台车型的纯电动汽车设计与开发 贺丽

基于传统平台车型的纯电动汽车设计与开发贺丽

发表时间：2019-12-31T15:50:12.700Z 来源：《防护工程》2019年17期作者：贺丽

[导读] 根据KY10车型平台的特征，选择适合的电机和电池，匹配变速器，构成动力总成。

长安跨越车辆有限公司重庆市 404000

摘要：我国已经是世界汽车产业大国，但大而不强，在未来的汽车工业必须探求新的思路，相较于传统车的技术研究领域，电动汽车起步较晚，国内外技术研究差距甚微，其产业有望为中国汽车工业开拓新的增长点，加之全球环境污染愈渐严重的现状，国家在排放方面政策逐步收紧，故在未来10年，是我国新能源汽车发展的战略机遇期，国家已把新能源汽车列为战略性新兴产业之一，根据国内各个主机厂的新能源汽车的发展情况，我公司采取在其成熟车型平台（KY10）的基础上进行了一款全新的纯电动车开发。

关键词:纯电动汽车总布置样车试制电机电池

引言:

根据KY10车型平台的特征，选择适合的电机和电池，匹配变速器，构成动力总成，对底盘及其他系统进行改造，布置电机、电机控制器、高压配电盒、DC/DC、PTC、高低压线束等电动车专用关重零件，试制纯电动样车。

具体实施内容包括设定技术目标、制定项目方案、详细设计、试制验证、整车检验及可靠性路试验证等

1.总布置设计

1.1 整车设计

1.1.1总体参数定义：

整车质量：整备、载质量及总重量。由原来的N1类车型变更到N2类车型，整备增加1.2T，总重增加了1T。

最高车速：参考同级别车型进行设计，调整电机功率，最高车速限速到≤90KM/H。

续驶里程：根据电池电量和整车质量估算得出，满载约170km左右。

1.2 主要变更系统：

（1）电机取代发动机，取消进、排气、燃油系统；

（2）匹配动力系统、空调暖风系统、冷却系统、制动系统（ABS）、仪器仪表、离合变速操纵系统等；

（3）增加整车、电机、电池等的电子操纵系统，通过电压及电流的转换，实现动力传输功能。

1.3各系统的选型:

1.3.1动力总成

电机和输入轴之间可以根据改动量大小选择齿轮副、轴套或者联轴器进行连接。变速器可以通过对原有变速器进行改造实现，或保留其中一对合适的齿轮。

本车型根据匹配校核，在选用电机和变速器间增加了出力法兰、离合器摩擦片、离合器压盘及飞轮壳等零件进行搭接；在方案制定中，考虑了原变速器及选用两档变速器的两种方案进行校核，最终确定借用原车型变速器实现动力传递。

1.4电池包型式

电池包的布置型式一般分为两种：整体式和分体式。前者电池包为一组，集中布置在车架合适位置，用螺栓连接电池包支架与车架，再用螺栓连接支架与电池包；后者电池包为多组，常布置在座椅底部、货箱前部、车架两侧、车架尾部等，用螺栓与车架连接。

1.5控制系统

对于电机来说，配备电机控制器，其功能为变频，通过逆变器将电池的直流电转换成电机驱动所需的交流电，并能够通过矢量控制法精确控制电机的输出扭矩。在制动能量回收阶段，将电机产生的交流电通过正变器转换成直流电，直接为电池充电；

对于整车来说，配备整车控制器VCU系统，在控制系统和电池管理系统之间建立通讯协议，并与原车系统兼容。

1.6充放电系统

充放电系统有两类：快速和慢速充电，表象形式为充电桩供电与车载充电机。KY10样车设计为快速充电系统，根据电池包电压选用一种电压平台的充电设备—充电桩，最大电压为400V，最大电流（查看充电桩），样车选用83度电的电池包，单个电芯额定电压为3.68V，串并联形式为3并80串：

故电池包的额定电压为V=3.68*80=294.4V<400V，且充电电流I=P/V，将电流值与充电桩通过电流比对，看是否匹配，及可判定该车型选定电池形式满足充电要求。另外，充电桩对电池的电池充电状态及时间还有监测作用。在一试制样车充电时，发现一搭载69度电的电池包不能充满电，其串并联结构形式为2并100串，根据上述计算得出，为充电电流不匹配所致。

1.6冷却系统

计算校核原散热器的散热量与电机要求是否匹配，若借用是否会对空间和冷却能力造成浪费，若重新设计小型的散热器需考虑成本和必要性。根据校核计算，选定沿用该总成零件。

选用KY10平台车型上的散热器，与电机及控制器能作用的散热量做比对，公示如下：

计算得出：Q>

式中，Q为散热器的散热量，散热量，为进出水口的温度差，为水的密度，为水比热，为经电机及控制器的水流量。

1.7制动系统

首先，用电动真空系统为制动系统提供负压，以代替原发动机的该项作用。

其次，根据N2类车型的法规要求，该车型需配置ABS系统，这也是原平台车型的首次配置，涉及ABS的空间数据布置、相关油管的走向设计、ABS标定、线束及走向设计、ABS加注设备的匹配采购等。因前期客户需求，原扣样的两款车型存在N1及N2类两种，配置ABS存在差异，导致行驶系的车架存在两种状态，在小批试制验证前，统一了两种车架的状态，实现了N1类车型部分客户的选装ABS需求。

1.8空调系统

电空调代替了原车型的机械空调，在暖风处增加PTC模块实现了制热的功能。前两轮样车空调设计分为两路，一路对电机制冷，一路对电池包制冷，增加水阀单向阀等专用零件，后根据客户的路试验证，确定取消对电池包制冷的功能，形成了单通道的制冷，效果更有保障。

2.工作原理及性能计算：

2.1工作原理：

电池包通过电机控制器将直流电转换成交流电，经高压配电盒分支成各通道供电：一路为高压供给电机，用于气刹、大功率的转向等；一路供给DC/DC，用于电瓶分支到制动、冷却、转向等；一路供给PTC，用于暖风系统的电加热形式；一路供给空调压缩机，用于空调工作。另若是轻卡系列车型还会分支到升降系统等。

2.2性能验算：

电机功率、扭矩及加速时间的确定：同传统车动力计算。根据传统车整车参数，利用动力计算公式即可确定；

2.3电池选择及串并联形式设计：

目前中国多使用磷酸铁锂和三元材料电池，对比纯电动汽车体积、载质量限制，选择考虑比能量、成组一致性、形状、单体电压、10C以上大电流放电性能、性价比等因素选择，KY10车型在扣样到小批生产过程中，最终确定了搭载3款不同电量的电池包，并统一了其安装结构及车架线束状态。

设计需求参数：电机控制器额定电压；电机控制器允许使用电压范围；电池最优SOC放电区间，SOC 充放电区间，根据以上参数选择的电池额定电压和布置形式，将动力电池串联电压确定。

当车辆以 60 km/h 匀速行驶时，所需电机提供的功率为：

式中，P2为压缩机输入功率；S 为性能目标设定续驶里程，设定 S=80 km；S60′为仅使用空调制冷的续驶里程；△S1 为使用空调后续驶里程与性能目标设定续驶里程的差值；△S2 为使用空调后续驶里程与未使用空调时续驶里程的差值。

扣样及量产方案的实施:

总布置设计，三维建模，搭建两团队协同设计；

系统校核、计算、设计确定；

零部件及厂家信息与我厂管理体系对应：定义新增3电系统供应商及与之相对应的支架供应商，对接支架工艺工序及开模事项；针对专用件进行技术资料的转化，编制件号、绘制二维图、对接厂家零件状态，录入PDM 系统归口管理；根据开发流程，进行多轮次的扣样，进行零部件状态确定；根据法规、评审及验证问题项不断变更整车配置、设计方案、零件设计、布置、供货厂家等，录入PLM系统归口管理；

总装批量化生产试线，制定总装装配工艺及发运事项，通过OA系统做各部门交流管理。参考文献: