作者：Alex，豪華車企高級工程師（知乎id：堅(jiān)果0904）

純電動汽車結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動汽車，同樣是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)工程，需要將動力電池技術(shù)，電機(jī)驅(qū)動技術(shù)，汽車技術(shù)，現(xiàn)代控制理論相集成，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的控制過程。國家在電動汽車科技發(fā)展規(guī)劃中，繼續(xù)堅(jiān)持“三縱三橫”的研發(fā)布局，根據(jù)“純電驅(qū)動”技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，進(jìn)一步突出“三橫”共性關(guān)鍵技術(shù)研究，即研究驅(qū)動電機(jī)及其控制系統(tǒng)、動力電池及其管理系統(tǒng)、動力總成控制系統(tǒng)。各大廠家依據(jù)國家發(fā)展戰(zhàn)略制定各自的業(yè)務(wù)發(fā)展策略。

筆者在梳理新能源動力總成開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，為動力總成的設(shè)計(jì)和測試生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)和參考。計(jì)劃分為5個(gè)篇章來整純電動汽車動力總成開發(fā)中關(guān)鍵技術(shù)，今天首先聊一下第一篇章純電動汽車動力總成系統(tǒng)中技術(shù)研究現(xiàn)狀：

圖1 動力總成開發(fā)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

目前純電動汽車動力總成的核心關(guān)鍵技術(shù)包括以下四類：

圖2 動力總成關(guān)鍵技術(shù)

1.動力電池及管理系統(tǒng)技術(shù)

作為純電動汽車的驅(qū)動能源，動力電池也是電動汽車動力系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。目前純電動汽車應(yīng)用較多的動力電池主要包括鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池等。

表1 不同正極電池性能對比

注：因?yàn)椴煌瑥S家的材料和工藝，裝配形式區(qū)別，表中參數(shù)僅供參考。

2021年，受益于磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)鏈布局的完整，較深的技術(shù)儲備，各大電池企業(yè)都加大了對磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)的產(chǎn)能規(guī)劃，使得市場對磷酸鐵鋰電池需求量高速增長。2021年1-12月，我國動力電池產(chǎn)量累計(jì)219.7GWh，同比累計(jì)增長163.4%。其中，三元電池產(chǎn)量累計(jì)93.9GWh，占總產(chǎn)量42.7%，同比累計(jì)增長93.6%；磷酸鐵鋰電池產(chǎn)量累計(jì)125.4GWh，占總產(chǎn)量57.1%，同比累計(jì)增長262.9%。中國市場磷酸鐵鋰電池裝機(jī)量已經(jīng)超過三元電池裝機(jī)量。

動力電池化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜，電池內(nèi)阻、端電壓及充、放電效率受眾多因素影響，電池內(nèi)阻與容量之間也并無確定關(guān)系，開發(fā)出高效電池管理系統(tǒng)BMS對于準(zhǔn)確預(yù)估電池狀態(tài)（SOC/SOH/SOE/SOP）具有重要作用。目前行業(yè)內(nèi)尚未開發(fā)出滿足動力鋰電池組安全管理需求精確的估算方法。對于特定型號的電池，只能通過對大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)建立具有一定精度的數(shù)學(xué)模型，為電池組充、放電效率預(yù)測、估算等提供依據(jù)

2.驅(qū)動電機(jī)技術(shù)

驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)是純電動車輛的核心部件，，其工作效率對純電動車輛續(xù)駛里程影響很大。直流電機(jī)因效率低、體積和質(zhì)量大、以及散熱困難等缺陷，使其在現(xiàn)代電動汽車中的應(yīng)用越來越少，目前純電動汽車中釆用的多是永磁同步電機(jī)和交流異步電機(jī)等交流電驅(qū)動系統(tǒng)。

圖3 不同電機(jī)對比

驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)效率優(yōu)化的研究都是圍繞輕載時(shí)優(yōu)化勵磁電流、降低電機(jī)損耗進(jìn)行的，對于負(fù)荷變化緩慢的工況，這些方法都具有較理想的控制效果。而作為市內(nèi)行駛車輛，電動汽車在實(shí)際行駛過程中頻繁地起動、加速及減速，需保持較高的磁通水平提高電機(jī)動態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度，電機(jī)磁路可能處于飽和狀態(tài)，同時(shí)鐵心損耗及溫度變化等因素對定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻、電磁時(shí)間常數(shù)及磁通水平等電機(jī)參數(shù)也會產(chǎn)生較大影響，需要建立準(zhǔn)確反映電機(jī)工作過程的數(shù)學(xué)模型。

3.動力總成控制系統(tǒng)

動力總成控制系統(tǒng)也稱整車控制器，是電動汽車的智能核心。它根據(jù)鑰匙的開關(guān)、擋位、加速踏板行程信號、制動踏板行程信號以及車速信號識別車輛行駛模式，基于設(shè)定的控制策略對整車動力系統(tǒng)進(jìn)行控制，以滿足對車輛動力性、經(jīng)濟(jì)性及駕駛舒適性的要求。

目前在制動能量回饋方面，各個(gè)公司都在圍繞能量回饋控制策略的開發(fā)、回饋模式的實(shí)現(xiàn)以及制動有效性的評價(jià)等開展大量研究，對于整車的續(xù)航里程和效率的提升將會很大的幫助。

4.動力總成匹配技術(shù)

動力總成系統(tǒng)的匹配是純電動汽車開發(fā)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。動力電池組、驅(qū)動電機(jī)等部件應(yīng)進(jìn)行合理選型，確保這些部件高效區(qū)域與電動汽車頻繁運(yùn)行區(qū)域之間的合理匹配。動力總成系統(tǒng)的匹配包括試驗(yàn)?zāi)M仿真、臺架性能試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)和實(shí)際道路試驗(yàn)進(jìn)行，而在匹配過程中所關(guān)注的整車頻繁運(yùn)行區(qū)域，可通過對特定城市車輛行駛道路工況的統(tǒng)計(jì)分析得到。

總結(jié)：

市面上新能源汽車路線包括純電路線，混動路線和燃料電池（氫能/甲醇等）都需要將動力總成合理高效的設(shè)計(jì)，保證動力電池和電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)有效的匹配，應(yīng)對復(fù)雜的實(shí)際路況。車輛行駛工況受各城市道路特征、交通流量分布及地理特征等因素的影響因此，不同城市行駛車輛的頻繁運(yùn)行區(qū)域不同，對車輛動力總成系統(tǒng)的需求也不相同。根據(jù)地域不同，幵發(fā)具有針對性的行駛工況，統(tǒng)計(jì)得到車輛動力總成系統(tǒng)常用工作區(qū)域，對動力總成系統(tǒng)的匹配及整車性能優(yōu)化具有重要的指導(dǎo)意義。