纯电动汽车轻量化设计途径以及实际例子

01前言

随着环境污染、石化资源短缺等问题日益突出，各国正在努力推广新能源汽车，其中，纯电动汽车和混合动力汽车则是我国重点支持的项目，国内各大汽车厂商也都投入了巨大资源进行研究，某公司也在今年在某车型基础上开发出了某型号纯电动汽车。

目前，纯电动汽车在技术、运行经济、基础实施配套、政府政策支持等方面还存在着市场化发展的瓶颈，作为汽车厂商，我们能够做的只有在提高技术水平和运行经济性上努力了。

在选购一款纯电动汽车的时候，作为消费者，要考虑的因素有很多，包括动力性、经济性、安全性等等，纯电动汽车续驶里程作为整车一个重要的经济性评价指标，肯定也是消费者重点考虑的，拥有更长续驶里程的纯电动车必然使消费者更加青睐。

提高续驶里程的途径有很多：提高动力电池能量、提高传动系统效率、降低整车重量等，本文将从降低整车重量方面来分析对纯电动汽车续驶里程的影响。


02电动汽车续驶里程的计算


电动汽车续驶里程是指在动力蓄电池完全充电状态下，以一定的行驶工况，能连续行驶的最大距离。传统燃油汽车因加油方便，用户对于续驶里程无特别要求。电动汽车续驶里程的计算有等速法和工况法两种。

等速法计算方法简便，数据直观，能基本反映电动汽车的续驶能力；工况法的特点是能全面反映电动汽车的续驶能力，但其试验方法复杂，必须在底盘测功机上进行。

根据国标GB/T18386-2005《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》，本文采用等速法来计算电动汽车续驶里程。

首先根据汽车功率平衡方程式，计算出电动汽车行驶时消耗的功率P为：



在一般道路等速行驶工况下，无加速阻力消耗，坡度阻力可忽略不计，故功率 计算只取前两项。根据能量守恒的原则，求得电动汽车等速行驶的续驶里程S为：



03某型纯电动车计算实例


某型纯电动汽车采用磷酸铁锂动力电池和三相永磁同步电机，详细参数见表1.



轻量化对续驶里程的影响

减轻质量取25~150kg，间隔25kg，共6档。在电池额定总能量不变的前提下，利用式（1）和（2），计算不同质量时等速40km/h的续驶里程，然后计算减轻质量后续驶里程增加的百分比，绘制该型轻量化对续驶里程的影响曲线，如图1所示。

由图1可见，该纯电动车续驶里程的增加与减轻质量几乎呈线性关系。当该纯电动车质量减轻25、50、75、100、125和150kg后，续驶里程分别增加1.41%、3.36%、5.44%、7.59%、9.68%和11.96%。



通过上表可见，在不考虑其它影响因素的情况下，轻量化可以有效提高纯电动汽车的续驶里程，减少全生命周期对电池的消耗量，能显著降低电池使用成本。

续驶里程的增加和电池使用成本的减少，都促使消费者购买和使用电动汽车意愿增加，从而推动电动汽车市场化进程，这使得在轻量化方面的改进更加迫切。


04该纯电动车轻量化设计的主要途径


4.1 临时解决途径

1）该纯电动车新增及变更零部件的布置和原车相似，主要零部件除动力电池布置在地板下方外，其余大部分都集中在前舱，包括驱动电机、电机控制器和充电机等，可以看到，我们所选用的电机控制器、充电机等零部件体积、质量都较大，与较为成熟的电动汽车Leaf、i-Miev等都有一定差距。通过主要零部件的重新选型可以起到增加总布置空间，降低整车质量的作用；

2）该纯电动车现在还处于杂合车阶段，前舱和地板下面为了各零部件的固定，重新设计了安装支架，材料都是选用的厚度较大的钢材，并且支架结构简单。在下一轮开发过程中，可以在结构、材料上对支架重新设计，在满足强度要求前提下，减少支架的重量；

3）该纯电车基础车的整备质量为894kg，电动车为1160kg，重量增加了266kg，几乎和动力电池的质量（260kg）相等，相当于纯电动车就是在汽油车的基础上增加了一个电池的重量，所以能降低电池的质量就等同于降低了整车的质量。目前，电池箱体材料为Q235钢，密度较大，以后可以考虑选用合金材料，并对整个电池结构做优化，也能够减少整车质量。

4.2 其他途径

4.2.1车身、内外饰和底盘占整车大半部分质量，通过底盘和车身的轻量化可以最有效达成整车的轻量化。

1）车身轻量化，主要是新材料的应用。

铝合金车身
高强度钢车身
改性塑料车身
碳纤维增强复合材料车身

2）底盘轻量化，主要途径为采用轻金属或碳纤维并配以先进结构设计。

全铝合金的汽车车体
轻量化轮毂

3）电池轻量化

上文4.1中所述电池轻量化是针对电池箱体而言，这里主要是说通过提高现有电池的比能量或开发更先进的电池。

电池的质量比能量和体积比能量是决定电动汽车性能的关键指标，当然，电池的寿命、一致性和安全性肯定更重要，但是就电动汽车长远的发展和与传统汽车竞争的需要以及满足用户长途运行的要求来说，提高电池比能量是亟待解决的问题。

05结束语

虽然距离电动汽车大规模推广还是有一定距离，但是它的发展已经是大势所趋，只要电动汽车目前暴露出来的弊端可以得到解决，到时候必然能更加受到消费者青睐。本文通过计算分析轻量化对该型纯电动汽车续驶里程的影响，得出了积极的结果，同时也发现了很多问题，但这些对提高整车性能都很有帮助。