纯电动车技术发展趋势研究

刘丰赫，李良雨

摘 要：文章通过电动车的发展历程，引出电动车发展作为当前时代汽车行业的国际性课题的结论。通过对这一课题的研究，进一步从电动车开发主要技术模块现状及趋势进行讲解，其中包括电动车平台及整车开发模式、电动车驱动形式、电动车电池系统、电动机系统。

关键词：纯电动车;开发模式;动力电池;电机

中图分类号：U469.72  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）23-15-03

Research on the Development Tendency of Pure Electric Vehicle Technology

Liu Fenghe， Li Liangyu

（ CATARC Automotive Test Center （Tianjin） Co.， Ltd.， Tianjin 300300 ）

Abstract： Through the development process of electric vehicles， this paper draws the conclusion that the development of electric vehicles is an international topic of the automotive industry in the current era. Through the research of this subject， the current situation and trend of the main technical modules of electric vehicle development are further explained， including electric vehicle platform and vehicle development mode， electric vehicle driving form， electric vehicle battery system and motor system.

Keywords： Pure electric vehicle; Development mode; Battery; Motor

CLC NO.： U469.72  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2019）23-15-03

1 电动车发展阶段及趋势

电动车的发展主要分为两个阶段[1]。

第一阶段，19世纪上半叶电动车概念被提出;1881年，世界上第一辆电动车诞生于法国工程师之手，受制于电池技术的落后，而内燃机技术提升很快，石油资源也被广泛应用，内燃机占了主导地位，电动车被边缘化。

第二阶段，20世纪爆发石油危机，环境污染日益严重。电动车使用的电能是可再生的，并且可以实现零排放，这两个特性使得电动汽车获得了新生，电动车发展成为当前时代汽车行业的国际性课题。

我国发布的节能与新能源汽车产业发展规划，到2020年纯电动汽车和插电式混合动力汽车产能达200万辆、累计产销量超过500万辆。

2 电动车开发模式分析

在电动汽车的初始发展过程中，大多传统整车厂商沿袭了传统造车思维，在传统汽车平台上通过改造进行电动汽车的生产制造;其成本可以得到较好的控制，但是也给电动车设计带来了一些局限性，内部空间受限、续驶里程设计受限、动力性方面不能充分发挥电动车的优势等，令车企难以取得颠覆性的改变。全新的纯电动平台可以很好的解决上述几个限制，但是新平台的开发需要大量的资金注入，增加了成本。两种平台的优劣势对比如图1。

图1  各类开发模式优劣势对比

美国密歇根大学交通学院归纳了以下两种平台策略和两种设计思路：

AEP（Adapted Electric Platform）：使用原来的传统车的平台，电动车设计去使用原来平台;

NEP（New Electric Platform）：发开全新平台，可以使用全新设计;

NEVD（New Electric Vehicle Design）：全新电动车设计，不必迁就旧平台;

AEVD（Adapted Electric Vehicle Design）：在原有传统车平台上设计电动车，需要迁就旧平台。

根据NEP、AEP、AEVD、NEVD的组合可以得到A、B、C三种电动汽车平台;三种平台的路线各大车企都有开展，如图2。

图2  各大企业开发模式

电动车开发过程中，各家的路线虽然存在不同;不管是从A过渡到B，在过渡到C;或者直接从A过渡到C，总体来看，改造平台始终属于过渡阶段产品，打造全新的电动车专用平台将成为电动车开发的主流模式。

3 纯电动汽车电机发展趋势

电动机是纯电动汽车中唯一的动力部件，其性能的好坏直接影響了纯电动汽车动力系统的性能。汽车电机有严格的小型化轻量化要求;具有较高的效率和低损耗性能;具有低噪音和低振动的特性。目前来说，使用较多的驱动电机主要有：直流电动机、交流感应电动机、交流永磁同步电动机、开关磁阻电动机和轮毂电动机[3]。

3.1 直流电动机

直流电动机应用最早。其特点为结构简单，电磁转矩控制特性优异。但是，由于直流电动机采用了电刷结构，导致了其转速、功率密度和使用寿命等方面存在了诸多限制。更主要的是，直流电机质量体积较大，在空间狭小的汽车上布置存在诸多困难。所以直流电机终将会被其他优点更为突出的电动机取代。

3.2 交流异步电动机

交流异步电机成本低、结构简单，但其存在调速范围小、转矩特性不理想的问题，需要性能更高的调速器以匹配性能。交流异步电机本身体积小，质量轻，功率大。十分契合电动汽车的动力需求，是目前国内大部分电动汽车选用的动力电机形式。

3.3 永磁同步电动机

永磁同步电机效率高、转矩和功率密度大，尺寸小、重量轻，但由于其需要稀土材料制成的永磁体为原材料，一定程度上受到资源的限制，成本较高;我国由于在稀土资源方面的优势，永磁同步电机成为当前新能源汽车市场的主流。

3.4 轮毂电动机

轮毂电机将汽车的动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，实现每个驱动轮由独立电动机驱动的装置，因其具有布置方便、动力控制灵活、易于实现制动和能量回收、车身设计自由度高以及简化传动系统等优点，将是驱动系统发展的一个重要方向。轮毂电机目前发展的障碍主要有散热、簧下质量控制和一致性校准三大问题，各种类型电机对比如表1。

表1  各类电机对比

4 纯电动汽车驱动系统发展趋势

根据驱动系统的集成程度，可以将纯电动汽车的驱动系统分为低集成结构、高集成结构和轮毂电机结构。

4.1 低集成结构

低集成结构驱动系统的构成方式与传动车类似，使用电动机替代传统的内燃机，使用减速箱替代变速箱，将动力通过传动系统传递到车轮上。电机控制器与PUD集成独立安装在车身上，集成度低。目前来说，市场上大部分穿电动乘用车均采用此结构。如特斯拉、日产LEAF以及国内绝大部分穿电动乘用车。

4.2 高集成结构

高集成结构驱动系统实现了电机、减速箱、电机控制器的集成。这种结构存在集成程度高，结构紧凑，重量轻等优点。但开发成本和制造成本高，同时由于电机震动频率较高，电机控制單元寿命会受到影响。

4.3 轮毂电机结构

轮毂电机结构集成度最高，驱动电机与轮毂集成到一起，电机控制器与PDU单独安装在车身上[4]。这种结构技术成熟度要求高，目前应用范围很小。由于轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性，因此无论是前驱、后驱还是四驱形式，它都可以比较轻松地实现，全时四驱在轮毂电机驱动的车辆上实现起来非常容易;同时轮毂电机可以通过左右车轮的不同转速甚至反转实现类似履带式车辆的差动转向，大大减小车辆的转弯半径，在特殊情况下几乎可以实现原地转向。

5 结论

随着能源危机和对环保问题呼声越来越高，电动车的研

发成为当下的一个重要命题;电动车开发过程中具有大量的政策支持，电动车的开发模式也在各个车厂的不断尝试中逐渐聚焦;动力电池、电机技术不断取得突破，为驱动形式的灵活实现和集成式设计提供更多可能。

参考文献

[1] 汪月英，谢海明.国内外动力电池产业发展现状与趋势[J].内燃机与配件， 2018（2）：205-206.

[2] 刘悦，刘若成.电动汽车发展现状研究[J].科学咨询：科技·管理， 2014（40）：12-14.

[3] 付主木.电动汽车运用技术[M].机械工业出版社，2015.

[4] Chan C，Chau K. Modern Electric Vehicle Technology[J].Power Eng -ineer， 2001， 16（5）：240-240.

[5] 张凯.多驱动模式纯电动车的开发与性能研究[D].西南交通大学， 2016.