電池系統與傳動系統對于電動汽車而言,都是至關重要的核心部件。目前在國內市場上已經有比亞迪e6、北汽150EV等小型電動汽車銷售和運營,而大型電動巴士K9更是遠銷海外多國。無論是大巴還是小型車,這些電動汽車都是基于前輪或后輪驅動。
傳統汽車發動機艙:發動機通過變速器將動力通過傳動軸輸出。續航里程養護勤務性較電動汽車有著明顯優勢,但排放水平對環境的污染更大。
電動汽車發動機艙:電動機連接減速機將動力通過傳動軸輸出。第一代e6在續航里程、成本、綜合質量領先國內其他電動車,但充電時間較長是其短板。
第二代e6在保留了第一代e6的300公里續航里程優勢外,更將充電時間縮短為1.5小時。
電動大巴輪邊減速電機驅動橋總成,完全替代了“傳統”的電動機和減速器驅動解決方案。
比亞迪K9大巴匹配低地板技術的輪邊電機帶減速橋簡圖
根據技術級別由低向高來看,比亞迪的e6、北汽150EV都屬于前輪驅動的電動汽車。電動機在車輛前部橫直置,連接到減速機并通過傳動軸將動力傳遞給車輪,驅動車輛前進。這樣結構與采用傳統汽油機的小型汽車相似。這樣設計可結合電動汽車零排放的優勢,兼備傳統汽車驅動系統的成熟技術,將研發風險降低,快速形成量產和利潤。但是因較為落后的傳統技術影響了先進的電驅動技術的最大效能的發揮。
電動大巴K9的驅動橋采用空氣懸架
減速器與輪邊電機以及盤式制動分泵的驅動總成特寫
技術級別更高一些的則是采用輪邊減速系統與輪轂電機整合在一起的動力解決方案。如目前正在量產的K9系列電動大巴。采用輪邊電機集成減速的驅動系統的后輪驅動設定。這樣的好處則是將電動機與減速器融入到驅動橋上,采用剛性連接、減少高壓電器數量和動力傳輸線路長度。優化后的驅動系統可降低車身高度、提高承載量、提升有效空間,增加公交運營性價比。但是不足的是輪邊減速系統的可靠性,電動機小型化需要大量的研發投入,技術提升成本更高。從目前得到的信息來看,采用這一電驅動技術的K9大巴出口歐洲數個國家并在美國建廠。
K9的輪邊電機與減速器的橫截面特寫:可看到減速器齒輪以及輪轂內部的軸承
整套驅動系統的核心:輪邊電機
第一臺量產版輪邊電機參數:最大功率90千瓦(122馬力)、最大轉速7500rpm、工作電壓640V。
在研發上,匹配輪邊電機的減速器通過三至四組齒輪(包括重要的行星齒輪)順勢將驅動力減速到正常范圍(電動機轉速在正常狀態下可達到7000-12000rpm,通過減速器將及電動機的高轉速減速到500-5000rpm不等)。這就要求減速齒輪的質量、減速器與輪邊電機的加工精度以及設計可靠性都要達到一定高度。
在筆者看來,K9大巴在海外成功運營,意味著輪邊電機帶減速器技術的驅動橋已經十分成熟。如果在現有技術基礎上,將K9的驅動橋增加轉向系統,對全車電傳控制系統、車身結構稍加調整,就意味著一套電動四驅系統初具雛形。
因為研發風險成本控制等問題,國內外很多民用車廠已經研發出混合四驅技術。采用傳統內燃機和電動機的混合動力前輪驅動平臺,加入采用電池推進的后輪驅動技術。形成了所謂的四驅平臺。但這樣的驅動平臺優缺點并存。
優點:日常行駛中采用前輪驅動,在必要時加入后輪驅動來提高通過性和車身控制能力。
缺點:系統過于復雜。傳統發動機、電動機、減速系統、電池組件、電池控制系統以及附加高壓動力線路較傳統的機械式四驅(包括電子四驅)平臺更加復雜,最終導致車量自重增加、子系統增加、車輛穩定性降低。而最為重要的是車輛制造成本會直線上升,性價比遠遠低于傳統四驅平臺。
電動四驅技術的應用可有效避免以上的問題出現,采用幾乎相同的四套輪邊電機和減速器、一套電池管理系統、電池組件若干必要線路既可以完成最簡單的電動四驅平臺的搭建。但是這一切都是以成熟的電電動系統(包括電池和管理軟件)和輪邊電機總成(包括加速器)為前提。
2011年晚些時候奔馳的改裝商BRABUS就推出了一款純電動四驅奔馳E級。采用4臺輪邊電機(包括減速器)為核心,以電池為動力的四驅平臺。
德國萊茵金屬公司研制出的一款混合動力軍用輪式戰車。廠家代號為GeFaS系統。采用柴油機為電動機提供動力、轉化為電力、通過線束傳輸給四個車輪上的輪轂電機,傳遞的驅動力可以在不同情況下以兩驅或四驅形式工作。在軍事應用上電動四驅技術可有效地降低傳統四驅車輛產生的噪音和熱輻射,更可有效減少因機械部件的磨損帶來的戰損。當然最先進的技術往往都最先應用在軍事上。在中國電動汽車以及電動四驅技術的優勢已經被重視,其產品也在有條不紊的進行研發和測試。
“秦”的研發將比亞迪采用了性能更高些的電池組件、以及新型電動機和傳動系統。但是將會采用小型化的輪邊電機作為“唐”測試版。與戴姆勒合作研發的滕氏則是比亞迪將尖端電動推進技術與先進的管理經驗合二為一的產物,旨在為日后自主車型的制造提供更加精準的質量管控體系。
2013年5月早些時候比亞迪在推出一臺2.0Ti發動機的同時,采用電控多片式四驅系統也正式亮相。這就意味著比亞迪在四驅系統的研發中邁出了第一步。這套四驅系統或將裝備2014年上市的S7(SUV車型S6的加強版)。而電動四驅技術已經在位于深圳的研發中心展開。在前文中筆者提到的奔馳BRABUS生產的E系列電動四驅轎車已經具備量產能力,但是在價位上將不是普通民眾所能承受。據筆者所得到的信息研判,比亞迪在開發出e6(前輪驅動電動轎車)K9(后輪驅動電動大巴)同時,已經對日后電動四驅系統所必須的輪邊電機(帶加速器)小型化進行了測試。在比亞迪的產品序列中,F3DM、“秦”作為混動車系投產勢在必行。e6(包括第一代,第二代)、K9則是成熟電動車系開始賺取市場利潤。而集成了來自比亞迪最尖端電池動力、電動四驅技術和來自與戴姆勒合資公司質量管控的“唐”將會在2015年投產。
通過研判比亞迪對電動汽車各項技術的研發,以及匹配到各款車型的軌跡,或許可以整理出這家從不按常規出牌的民營車廠的最終戰略意圖了。使用傳統汽車獲取高額利潤、混動汽車搶占行業制高點、電動汽車拿下前沿技術話語權。也許在2年后使用成熟的電動四驅技術非民用車型將會亮相。3年后或有選擇的將電動四驅技術應用到SUV產品線上。
來源:第一電動網
作者:列寧格勒
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