【特約研究員 冰封之城】低速電動車的輕量化目標(biāo)，主要包括車身輕量化、電池輕量化、電驅(qū)傳動總成輕量化、和零部件輕量化四個方面。如下圖所示。

上期周報分析了低速電動車的車身輕量化技術(shù)途徑，詳見“研究周報 | 低速電動車車身輕量化的技術(shù)途徑”。本期周報將著重關(guān)注低速電動車的電器系統(tǒng)及零部件系統(tǒng)的輕量化途徑。

一、電池輕量化

常見的電動汽車儲能形式有以下幾種，如下圖所示：

低速電動車目前絕大多數(shù)安裝的是鉛酸電池，最常見的安裝容量有6度、7.2度和9.6度三種。比如一款行業(yè)常見的330車型產(chǎn)品：整備質(zhì)量849kg，裝備6塊12v100AH免維護(hù)鉛酸電池，電機(jī)功率5kw。采用免維護(hù)鉛酸電池，比能量約34wh/kg，電池重量約210kg，占整車重量比例為25%。

如更換為普通80-90wh/kg能量密度的鋰電池，電池系統(tǒng)重量約80kg，占整車重量比例為11%?？梢婋姵叵到y(tǒng)的輕量化，是減輕整車質(zhì)量的是首要因素。

二、電機(jī)輕量化

幾種常見的驅(qū)動電機(jī)分類形式如下圖所示：

上述驅(qū)動電機(jī)性能比較如下：

2014年以前的第一代低速電動車，大都采用的是直流電機(jī)中的串勵和他勵兩種驅(qū)動形式。直流電機(jī)系統(tǒng)的重量大、效率低，而且電刷和滑環(huán)的存在，阻礙了其進(jìn)一步的應(yīng)用。目前在低速電動車上，直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)基本上已經(jīng)被感應(yīng)和永磁電機(jī)系統(tǒng)所取代。因其功率密度高，同樣4kw功率的電機(jī)的重量減輕約10公斤左右?？梢娞岣唠姍C(jī)的功率密度是電機(jī)輕量化的一大方向。

三、驅(qū)動形式輕量化

根據(jù)驅(qū)動電機(jī)安裝的位置不同，低速電動車的驅(qū)動方式分為單電機(jī)集中式驅(qū)動和多電機(jī)分布式驅(qū)動兩種。

(1)集中式驅(qū)動

集中式驅(qū)動與傳統(tǒng)汽車驅(qū)動結(jié)構(gòu)接近，用電動機(jī)代替內(nèi)燃機(jī)，通過傳動系統(tǒng)將電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳遞到驅(qū)動輪上使汽車行駛。集中式驅(qū)動的傳動方式可分為3種，如下圖所示：

目前低速電動車絕大部分采用的是上圖c所示的結(jié)構(gòu)：電動機(jī)、減速器和差速器集成一體，通過左右半軸分別驅(qū)動對應(yīng)側(cè)車輪。

(2)分布式驅(qū)動

分布式驅(qū)動是把多個電機(jī)集成在車輪附近或輪輞內(nèi)，將動力傳給相應(yīng)車輪，傳動鏈大大縮短。按電機(jī)位置和傳動不同可分為輪邊電機(jī)驅(qū)動和輪轂電機(jī)驅(qū)動。

輪邊電機(jī)驅(qū)動傳動方式如下圖所示：

該方式將驅(qū)動電機(jī)安裝在副車架上的驅(qū)動輪旁邊，通過或不通過減速器驅(qū)動對應(yīng)側(cè)車輪。可對每個電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)控制，采用電子差速器實(shí)現(xiàn)左右半軸差速。

輪轂電機(jī)驅(qū)動是將2個、4個或者多個電機(jī)安裝在車輪內(nèi)部，直接驅(qū)動車輪，俗稱電動輪。根據(jù)有無減速機(jī)構(gòu)，輪轂電機(jī)驅(qū)動分直接驅(qū)動和減速驅(qū)動。如下圖所示：

與集中式驅(qū)動相比，輪邊驅(qū)動方式傳動鏈更短，而輪轂電機(jī)驅(qū)動則取消了變速器、差速器和半軸等傳動系統(tǒng)零部件，將電機(jī)、懸架系統(tǒng)、制動系統(tǒng)同時放在輪輞里，使底盤結(jié)構(gòu)大大簡化、零部件數(shù)量減少，從而降低了整車的質(zhì)量且更方便布置。可見分布式驅(qū)動將是低速電動車下一步的重要技術(shù)發(fā)展方向。

四、電器系統(tǒng)集成輕量化

低速電動車的主要電器零部件包括電機(jī)、控制器、車載充電機(jī)、DC/DC等。   目前市場上的低速電動車這些零部件都是獨(dú)立系統(tǒng)，每一套系統(tǒng)都有獨(dú)立的電子零部件和散熱外殼，成本高同時占用車輛總布置空間。將這些零部件，按照功能系統(tǒng)或者物理位置進(jìn)行集成，對于零部件的輕量化有非常重要的作用。

比如車載充電機(jī)和車載DC/DC兩者都是開關(guān)電源系統(tǒng)電路，工作可以錯開。因此，在設(shè)計時如果電壓參數(shù)選擇合理，可以考慮共用一套開關(guān)電源系統(tǒng)，共用一套散熱系統(tǒng)，即利用一套開關(guān)電源合并兩套系統(tǒng)，大大節(jié)約了電子零部件和材料成本，減輕整車重量。

低速電動車驅(qū)動形式和集成技術(shù)發(fā)展方向可以歸納如下：

(1)由有刷直流電動機(jī)驅(qū)動向無刷化、交流化方向發(fā)展，如開發(fā)并應(yīng)用開關(guān)磁阻電動機(jī)和永磁無刷電動機(jī)等。

(2)朝電動機(jī)與傳動器、驅(qū)動器、控制器集成的機(jī)電一體化方向發(fā)展，構(gòu)成智能化的驅(qū)動控制系統(tǒng)。

(3)由單個電動機(jī)集中驅(qū)動向兩個電動機(jī)驅(qū)動發(fā)展，進(jìn)而向4個輪轂電動機(jī)獨(dú)立驅(qū)動4輪的方向發(fā)展。

五、其他零部件的輕量化

其他零部件如車身附件及內(nèi)外飾的輕量化優(yōu)化設(shè)計與車身輕量化途徑類似，可以從以下幾個方面來實(shí)現(xiàn)：

(1)在現(xiàn)有材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計；

(2)使用小密度的輕質(zhì)材料作為替代材料，舉例如下：

采用聚酯材料制造擾流板、擋泥板、加速踏板等部件；

經(jīng)過性能提升的聚碳酸有很高的機(jī)械性能、良好的外觀，可以用于制造外飾件和內(nèi)裝件；

合金聚苯醚熱變形溫度高，對水分不敏感，是制造外板的輕量化理想材料；

聚S基甲酸酯可用來制造車門、前艙蓋等，可提高舒適性，且在發(fā)生碰撞時可以減少乘員的傷害：

多聚乙烯氯化物多用來制造車內(nèi)側(cè)板、車頂蓬、座椅的包裹、玻璃密封條、窗框等駕駛室的內(nèi)飾零部件；

(3)使用高強(qiáng)度材料可以減薄零部件的厚度，從而達(dá)到輕量化的目的。比如可在轉(zhuǎn)向節(jié)和防側(cè)傾穩(wěn)定桿使用微合金化非調(diào)質(zhì)鋼，懸架使用含Nb的彈簧鋼等。

(4)使用先進(jìn)制造工藝。比如輕質(zhì)材料成形、非金屬材料成形和高強(qiáng)度鋼成形技術(shù)。

(5)零部件的模塊化。把分散的零件，進(jìn)行集成與模塊化，可以簡化零部件機(jī)構(gòu)的組合方式，從而降低零部件的質(zhì)量。

編者按：為凝聚新能源汽車行業(yè)的研究力量，發(fā)揮協(xié)作效應(yīng)，第一電動網(wǎng)建立特約研究員機(jī)制，邀請行業(yè)知名專家、大牛作者作為特約研究員，集中多方智慧，深入探索新能源汽車政策、資本、技術(shù)、市場等領(lǐng)域，并定期推出【研究周報】，解析行業(yè)熱點(diǎn)問題。

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