新能源汽車結構優化的案例
【技術帖】新能源汽車結構優化輕量化關鍵工藝分析
在新能源汽車制造生產中常用制造門檻梁、車門窗框、防撞梁等。
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新能源汽車結構優化設計方法
實現新能源汽車輕量化主要有三個途徑：使用材料、生產工藝和優化汽車結構。通常情況下優化汽車結構，可通過減少材料和車重實現安全和性能要求。通過優化車身結構實現汽車輕量化是目前最為有效的途徑。其中減少汽車車身、減少車架重量是減少汽車總重量的主要途徑。此外，優化新能源汽車結構設計還從逆變器小型化、驅動電機小型化等方面進行考慮。逆變器小型化通過縮減體積大小，減少能量損害，從而減少發熱損失。驅動電機小型化通過縮短線圈、降低線圈材料使用等方式，提高線圈利用率。
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結語
綜上所述，在社會經濟發展中，汽車已經成為人們生活中必不可少的出行工具。隨著汽車數量逐漸增多，對環境造成的惡劣影響，讓人們不得不重視環境保護意識。因此在汽車行業發展中，汽車輕量化已成為未來發展趨勢，只有不斷完善輕量化體系、提升對輕量化材料認知，才能推進汽車輕量化發展。
展開 新能源汽車講解丨純電動汽車結構
新能源汽車講解丨純電動汽車結構
新能源電動汽車電動汽車驅動電機控制器結構與功能
一、電動汽車驅動電機控制器概述
電機控制器，控制動力電源與驅動電機之間能量傳輸的裝置，由控制信號接口電路、驅動電機控制電路和驅動電路組成。
圖1 某車型三合一集成式電機控制器
在電動車輛中，電機控制器的功能是根據檔位、油門、剎車等指令，將動力蓄電池所存儲的電能轉化為驅動電機所需的電能，來控制電動車輛的啟動運行、進退速度、爬坡力度等行駛狀態，或者將幫助電動車輛剎車，并將部分剎車能量存儲到動力蓄電池中。
它是電動車輛的關鍵零部件之一。
電機控制器的基本功能可分為兩個部分
二、電動汽車驅動電機控制器的基本結構
電動汽車驅動電機控制器基本結構可分為：殼體、高低壓連接器、電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件。
電氣功率元件主要為IGBT集成功率模塊，是電氣控制器關鍵零部件。
下圖為IGBT集成功率模塊。
通過電子控制元件與電氣控制元件對IGBT集成功率模塊的控制，輸出可控的三相正弦交流電流，從而控制電機的轉速、轉矩。
如圖為 IGBT集成功率模塊原理簡圖。
IGBT集成功率模塊原理簡圖
1. 殼體與連接器
電機控制器的殼體的主要用于固定各電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件及連接器，并提供密閉的防塵防水（IP67）空間保護各電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件。
由于車用電機控制器IGBT集成功率模塊輸出功率高，溫升快。
殼體提供相應冷卻水路從整車冷卻系統引入冷卻液以冷卻IGBT集成功率模塊。
如圖所示為電機控制器殼體。
連接器安裝于殼體外部，可分為高壓連接器與低壓連接器。
如下圖所示為高低壓連接器。
高壓連接器主要用于與外部電能的傳輸的對接。
低壓連接器主要用于12V電源的供應、與其他控制器通訊。
2.
展開 新能源汽車永磁同步電機優化
永磁同步電機 （Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）作為電動汽車驅動系統首選，因轉矩響應快、體積小、效率高、噪聲小等優點，迅速占領了新能源汽車市場，且市場占有率逐漸上升。電動汽車的快速發展和強烈的需求刺激，迫使驅動電機向高速化、輕量化、高效化等方向快速推進。通過優化電機功率密度，不僅滿足電動汽車對驅動系統高速化、輕量化、高效化需求，而且對PMSM產品競爭有重要的戰略意義。
目前實現車用永磁電機的高功率密度有兩種方法：①提高電機轉速；②提高轉矩密度，但提高轉速帶來風摩損耗過高、軸承潤滑及壽命、噪聲等問題，因此通過提高轉矩密度來提高功率密度成為很多廠家研究的重點。
1 有限元電磁仿真
1.1 模型搭建
以一臺72槽12極永磁同步電機為例，使用motor-CAD建立其模型，通過E-mag模塊進行電磁熱耦合分析。電機參數見表1。
表1 仿真模型的參數
為了節省仿真時間，取電機一極為仿真模型并劃分網格，如圖1所示。
圖1 永磁同步電機模型
1.2 邊界定義
文獻［3］描述了永磁同步電機因鐵磁物質磁導率遠遠大于空氣磁導率，電機定子軛邊緣雖有部分漏磁，但這部分衰減很快，且電機磁力線沿定子軛表面閉合，可取定子軛邊緣為零邊界，這在工程上近似合理。電機結構對稱，磁場沿周向周期變化。具有周期性條件，在相鄰兩極中心線上，磁力線垂直穿過，極間幾何中心線法線方向變化率為零，故選取一個極距進行仿真。
1.3 空載仿真
永磁同步電機空載仿真如圖2所示，從磁密云圖和空載反電勢波形看出，電機所含諧波較少。
圖2 永磁同步電機空載仿真
1.4 負載仿真
從圖3可以看出，電機各項參數選擇較合理，為了深究其材料的利用率和單位質量的出力，在不改變電機有效體積的條件下進行參數優化。
展開 
新能源汽車講解丨燃料電池汽車結構及工作原理
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新能源汽車講解丨燃料電池汽車結構及工作原理
新能源汽車講解丨燃料電池汽車結構及工作原理
新能源電動汽車電動汽車驅動電機控制器結構與功能
一、電動汽車驅動電機控制器概述
電機控制器，控制動力電源與驅動電機之間能量傳輸的裝置，由控制信號接口電路、驅動電機控制電路和驅動電路組成。
圖1 某車型三合一集成式電機控制器
在電動車輛中，電機控制器的功能是根據檔位、油門、剎車等指令，將動力蓄電池所存儲的電能轉化為驅動電機所需的電能，來控制電動車輛的啟動運行、進退速度、爬坡力度等行駛狀態，或者將幫助電動車輛剎車，并將部分剎車能量存儲到動力蓄電池中。
它是電動車輛的關鍵零部件之一。
電機控制器的基本功能可分為兩個部分
二、電動汽車驅動電機控制器的基本結構
電動汽車驅動電機控制器基本結構可分為：殼體、高低壓連接器、電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件。
電氣功率元件主要為IGBT集成功率模塊，是電氣控制器關鍵零部件。
下圖為IGBT集成功率模塊。
通過電子控制元件與電氣控制元件對IGBT集成功率模塊的控制，輸出可控的三相正弦交流電流，從而控制電機的轉速、轉矩。
如圖為 IGBT集成功率模塊原理簡圖。
IGBT集成功率模塊原理簡圖
1. 殼體與連接器
電機控制器的殼體的主要用于固定各電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件及連接器，并提供密閉的防塵防水（IP67）空間保護各電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件。
由于車用電機控制器IGBT集成功率模塊輸出功率高，溫升快。
殼體提供相應冷卻水路從整車冷卻系統引入冷卻液以冷卻IGBT集成功率模塊。
如圖所示為電機控制器殼體。
連接器安裝于殼體外部，可分為高壓連接器與低壓連接器。
如下圖所示為高低壓連接器。
高壓連接器主要用于與外部電能的傳輸的對接。
低壓連接器主要用于12V電源的供應、與其他控制器通訊。
2.
展開 新能源汽車高電壓組件結構淺析
動力電池是電動汽車的核心部件，動力電池技術是電動汽車發展的關鍵。動力電池組主要有以下4個技術參數。
（1）比能量。比能量又稱質量比能量，是指單位質量電池所能輸出的電能，單位是Wh/kg。比能量反映電池質量水平，影響電動汽車的整車質量和續航里程，是評價電動汽車的動力電池是否滿足預定續駛里程的重要指標。
（2）比功率。比功率又稱質量比功率，是指單位質量電池所能輸出的功率，單位是W/kg。比功率用來判斷電動汽車的加速性能和最高車速，直接影響電動汽車的動力性能。比功率越大，電動汽車加速和爬坡性能越好，最高車速越高。
（3）循環壽命。電池經歷一次充電和放電的過程稱為一個循環，電池所能經歷的充放電循環次數稱為循環壽命。循環壽命是衡量動力電池壽命的重要指標。循環次數越多，動力電池的使用時間越長。
（4）成本。電池的成本與新技術、原材料、制作工藝和生產規模等因素有關。通常新開發的高比功率電池成本相對較高。
4.2 動力電池的類型
新能源汽車電池種類較多，目前市場上主流動力電池為鎳氫電池、鋰離子電池和燃料電池。現通常采用以電池正極材料來命名的規則。
（1）鎳氫電池。
展開 新能源汽車結構特征及對NVH的挑戰
3.1 車身系統及其NVH性能
隨著能源危機和傳統燃料汽車所造成的污染問題日益加重，新能源汽車取代傳統燃料汽車成為汽車行業未來發展的趨勢，與此同時,新能源汽車的NVH性能開發也面臨著新的挑戰。在車身結構上，新能源汽車的機艙、動力傳動系統、電池包等的安裝布置與傳統車不同;在質量方面,新能源車由于多組電池線路增加等原因，整車的質量也隨之增加。在車身使用材料上，為了給車身減重，使用鋁合金、碳纖維等材料也會給NVH帶來一定的挑戰。在聲學包裝上，電動車機艙聲源降低,聲學平衡需要重新設計;電池布置在地板上，地板抬高，地毯等聲學包裝的空間被壓縮。隨著汽車設計制造水平的進一步提升，技術人員對于車身系統NVH有了更為深刻的研究,并且在發展的過程中，車身結構與試驗模態測試分析逐漸成為了新能源汽車車身NVH特性研究的重要內容。通過這一方式的研究，有利于新能源汽車NVH水平的進一步提升。
展開 技術 | 新能源客車線束過孔位置結構及優化方案
摘要：本文對新能源客車的線束過孔位置結構及優化方案進行了簡介，通過對結構的優化，提升線束過孔部位的防塵、防水、降噪性能，綜合提升新能源客車的安全性及可靠性。
1.前言
新能源客車B 級電壓線束較傳統能源客車增加很多，線束過孔的增加會對客車的防塵、防水、降噪等性能造成較大影響，如何優化線束過孔位置結構，避免線束在過孔處出現磨損，提升防塵、防水、降噪性能，是控制整車電器的安全性及可靠性的重要環節，本文對新能源客車的線束過孔位置的結構及優化方案進行簡介。
2．線束過線孔位置的結構簡介
2.1 過線膠圈結構：
主要用于駕駛區封板、倉體封板等處對防塵、防水、降噪的要求不高的線束過孔，可通過輔助打膠或發泡的措施來避免膠圈脫落及提升防塵、密封性能，具體結構如圖2-1 所示。
優點：結構簡單、操作簡單；
缺點：過孔處防塵、防水、降噪性能差；
膠圈脫離及老化破損后，過孔線束有磨損短路的隱患。
圖2-1
2.2 下線導管座結構：
主要用于頂電池罩內頂蒙皮，車內后圍拐角等處對防水、降噪性能要求不高的線束過孔，可對線束與下線導管座過線孔處縫隙發泡密封處理，具體結構如圖2-2 所示。
優點：結構簡單、操作簡單、線束磨損防護較好；
缺點：過孔處防水、降噪性能差。
圖2-2
2.3 下線橡膠護套結構：
該結構為上述下線導管座結構的升級，主要用于車頂外露部位下線孔，在維持下線導管座結構的基礎上，增加下線橡膠護套連接高壓線束及下線導管座，提升下線結構的防水能力，如頂充下線位置，具體結構如圖2-3 所示。
優點：結構簡單，防水性能提升；
缺點：操作相對復雜，高壓線束護套老化后，護套與高壓線束之間間隙仍然存在漏水到車內的隱患。
展開 好的專業書籍推薦-新能源汽車結構與原理
本書結合汽車企業如寶馬、奔馳、大眾、奧迪及我國比亞迪、北汽新能源、上汽榮威等品牌在新能源汽車上的技術成果，以全彩圖解的形式，生動形象地詮釋了新能源汽車各種形式，以及運行原理，且以“電池、電機、電控”為獨立章節重點介紹了電動汽車核心技術部件的結構及原理。全書分為十個模塊，以31個項目的形式逐一介紹了新能源汽車的基礎知識、混合動力與純電動汽車的基本結構與運行原理。其中模塊四至模塊六重點講述了電池、電機與電控三大核心技術部件的類型、特性、結構與原理；模塊七描述了其他高壓及電動化部件，如電動空調壓縮機、電輔加熱器、電動起動機、電動助力轉向泵等；模塊八闡述了混合動力汽車中常用的變速器類型與純電動汽車上常用的減速器的構造與功能；模塊九介紹混動與純電動汽車上應用的數據總線；*后一模塊則簡要地介紹了氫燃料汽車的構造與原理。
該書適合為新能源汽車領域從業人員自學入門讀物，這本書也是我常伴手邊的專業書籍。
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新能源汽車高電壓組件結構淺析
比能量反映電池質量水平，影響電動汽車的整車質量和續航里程，是評價電動汽車的動力電池是否滿足預定續駛里程的重要指標。
（2）比功率。比功率又稱質量比功率，是指單位質量電池所能輸出的功率，單位是W/kg。比功率用來判斷電動汽車的加速性能和最高車速，直接影響電動汽車的動力性能。比功率越大，電動汽車加速和爬坡性能越好，最高車速越高。
（3）循環壽命。電池經歷一次充電和放電的過程稱為一個循環，電池所能經歷的充放電循環次數稱為循環壽命。循環壽命是衡量動力電池壽命的重要指標。循環次數越多，動力電池的使用時間越長。
（4）成本。電池的成本與新技術、原材料、制作工藝和生產規模等因素有關。通常新開發的高比功率電池成本相對較高。
4.2 動力電池的類型
新能源汽車電池種類較多，目前市場上主流動力電池為鎳氫電池、鋰離子電池和燃料電池。現通常采用以電池正極材料來命名的規則。
（1）鎳氫電池。鎳氫（NiMH）電池的正極材料是氫氧化鎳（NiOH），負極材料是金屬氫化物，電解液是30%的氫氧化鉀水溶液。單體鎳氫電池的額定電壓為1.2 V，其比能量約為70 Wh/kg～100 Wh/kg。鎳氫電池基本上無記憶效應，可循環使用500 次～1 000 次。鎳氫電池對過度充電、深度放電、過熱、極性接錯等情況反應敏感。目前多數非插電式混合動力汽車使用的是鎳氫電池組，如非插電的豐田普銳斯混合動力汽車。
（2）鋰離子電池。插電式混合動力汽車和純電動汽車一般使用鋰離子電池，其能量密度高于鎳氫電池組。鋰離子電池種類繁多，如今在售新能源汽車配備的鋰電池主要有磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，這兩種電池在自身特點上存在差異。
1）磷酸鐵鋰電池。磷酸鐵鋰電池正極材料為磷酸鐵鋰，負極材料是石墨，電解質是由有機溶劑和鋰鹽組成。
展開 新能源汽車驅動電機分類、結構及工作原理介紹
當電能轉化為機械能時，電機表現出的就是電動機的工作特性，當機械能轉化為電能時，電機表現出的就是發電機的工作特性，結合到新能源汽車上，新能源汽車在放電狀態下驅動車輛前進或者后退時，表現出的就是電動機特性，在車輛松開加速踏板或者踩下制動踏板時，表現出的就是發電機特性。
驅動電機的分類
現階段的新能源汽車常用的驅動電機包括兩種，永磁同步電機及交流異步電機，且大多數新能源汽車采用的是永磁同步電機，只有少部分車輛采用了交流異步電機。這兩種類型的電機均屬于交流電機。
對于低速電動車來說，更多采用的是直流電機。直流電機也是最早應用于電動汽車的電機，這種電機的特點是控制性能好，成本低。但是隨著電子技術、機械制造技術及自動控制技術的發展，交流電機表現出了比直流電機更加優越的性能，所以逐步取代了直流電機。
展開 新能源汽車典型結構與關鍵技術1.0
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新能源汽車技術|車用永磁同步電機定子鐵耗的分析與優化
目前中國電動汽車續航里程認證標準GB/T 18386—2005《電動汽車能量消耗率和續航里程實驗方法》主要參考新歐洲駕駛循環(NEDC)工況。文獻[2]中提出車用電機在低負荷中高速運行范圍內的效率提高對于延長車輛續航里程至關重要。文獻[3]揭示采用非晶合金鐵心材質的電機比硅鋼片電機鐵耗更低、效率更高。文獻[4]研究鐵心硅鋼片的厚度對鐵耗的影響。新能源汽車行業在日趨激烈的競爭下，選用低成本原材料。降低電機成本是必須考慮的問題。
文獻[5]引入鐵耗系數計及制造工藝對鐵耗的影響，并對電機進行優化設計。文獻[6]通過采用偏移非對稱轉子極的方法，可同時有效抑制電磁轉矩、磁阻轉矩和齒槽轉矩的脈動，但制造工藝復雜。文獻[7]通過對轉子輔助槽位置和尺寸的優化來抑制空載鐵耗，得出開輔助槽對“V型”轉子結構電機空載鐵耗影響比較大，對“V一型”轉子結構電機空載鐵耗影響很小，但未考慮電機負載運行時，輔助槽對鐵耗的影響規律。
本文從考慮電機成本和加工難度角度出發，研究采用轉子開輔助槽抑制車用電機的定子鐵耗。
1 鐵耗模型及輔助槽設計分析
1.1 鐵耗分離計算模型
本文基于Bertotti鐵耗分離計算模型，分析永磁同步電機（PMSM）的鐵耗，考慮磁化方式的鐵耗計算公式[8]為
式中：PFe為鐵耗；Ph、Pe、Pa分別為磁滯損耗、渦流損耗、異常損耗；kh、ke、ka分別為磁滯損耗系數、渦流損耗系數、異常損耗系數；f為交變磁場頻率;Bm為磁密正弦波幅值；B(θ)為磁場密度。
電機實際運行時，磁化方式主要分為2種：(1)磁化方向不變，大小按正弦規律變化的交變磁化；(2)磁化方向、大小均隨時間變化的旋轉磁化。
本文
電機硅鋼片
的型號為
35WW250
，其厚度為
0.35 mm
，密度
7 600 kg/m3
，在不同頻率下的鐵耗B-P曲線如圖1所示。
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