泵力系统集成是新能源客车的内在要求

发展纯电动客车有三个瓶颈点,即:动力电池、驱动电机、整车控制系统。经过行业多年的努力,已有实质性突破,有效地促进了中国新能源汽车的发展,尤其是,中国纯电动客车技术快速进步。不过,目前动力电池比能量还是较低,纯电动电动客车,其动力电池体积大、质量重。客车企业如何通过对其他总成件的集成,减轻重量的同时减少体积?这是笔者多年来一直在思考和提倡的课题。下面介绍泵力系统集成的基本和实例,供同行参考。

一、什么是泵力系统

纯电动客车的动力源是动力电池,车辆的前行(或者后退)由驱动电机来驱动。纯电动客车除了主驱动电机,还有驱动空气泵、空调压缩机、冷却水泵、转向助力泵等电机。这四类泵也分别由对应电机带动工作。这四类泵的工作模式均为闭环动态平衡系统。

①水泵为驱动电机提供冷却,其工作介质是水;

②助力泵为转向机构提供助力,其工作介质是液压油;

③空气泵为轮毂提供制动力,其工作介质是大气;

④空调压缩机,主要功能是车用空调冷热交换,其工作介质是制冷剂(R12、R22、R502及R1341a)。

笔者将上述四类泵统称为车载泵力系统,便于表述上方便。

二、车载泵力系统基本现状

车载泵力系统大体上分为4个分立的系统,彼此物理上分离,逻辑也没有什么关系。在功能上彼此不能替代,工作介质不同。但是有一个共同的特点,每一个车载泵力系统由一个电机、一个控制器、一个泵组成。

能集成吗?如何集成?集成后有什么优势?这是必须认真思考和认证。

三、车载泵力系统集成基本思路

①用一个电机替代4个电机,可以节省3个电机及多个控制器;

②如果①在技术上可行,就可节省许多支架,可以省出许多空间、减轻许多重量。

③车载泵力系统集成可靠性必须高于目前4个分立的系统,主要寿命保障与车辆同寿命。

四、车载泵力系统集成的难点

①一个电机功率如何选择,能满足4个工作泵的功率要求吗?理论上选一个最峰值大功率电机,通过功率分配器来满足不同功率源件的要求;

②电机选好了如何功率分配又是一个难点。难在功率分配是一个动态的过程,对电机控制器提出了控制策略的要求;

③功率传递是通过轮系机构来完成,所以说,轮系机构设计是功率源件集成能不能成功关键点。

五、车载泵力系统集成目标

①节省了3个电机、3个电机控制器,这比费用要让给用户;

②要节省了50%以上的体积、减少50%的重量;

③散热风扇(ATS)也能集成进来,电风扇的电机也可以省掉。

六、车载泵力系统集成基本构思

按照上面设计思路和设计目标,克服技术难点后的产品集成外型,见图1：

图1  四泵合一动力源件总成外型

【注： 四泵是指水泵、空气泵、空调压缩机、转向助力泵,再加一个散热扇。】

七、车载泵力系统集成系统工作原理

①开启整车,电动机电源接通,轮系开始运转;

②电动机驱动轮带动,通过离合装置,空压机与皮带轮耦合过程,当储气罐气压不足时,离合装置啮合,皮带轮带动空压机和散热风扇运转,空压机给气罐打气;气压达到要求时,离合装置分离,皮带轮空转。

③皮带带动空压机后连接水泵工作,水泵一直对水箱进行循环冷却;

④在电机的后轴端连接转向助力泵,转向助力泵一直工作,整车转向时,转向助力泵开启压力阀,转向助力泵开始负载,产生压力推动方向机辅助转向。

⑤同样空调压缩机、散热器依据不同工况,停在、开启和工作。

八、车载泵力集成系统的优势

①结构更加紧凑。通过新开发设计的轮系将支架、电机、水泵、转向助力泵、空调压缩机、空气泵、扇热风扇(ATS)、冷却水箱、张紧轮、惰轮等集成在一起,节省了50%以上的安装空间;

②降低成本的同时也提高可靠性。把运用近百年的常规汽车零部件和传动形式,通过此方案进行集成,提高了新能源汽车功能附件的可靠性同时也降低了整车成本。

③降低整车故障率,安装更便捷。与现有的功能附件单独安装在整车上相比,只有一个控制器,一个驱动电机,一根高压线束,整个轮系集成通过支架连接固定在整车上,不需要其他的附件;

④可以满足满足客户的个性需求。轮系集成可以根据客户需求来增减功能附件的个数;

⑤节省能源。整个轮系靠一个电动机来驱动,效率达到最理想的状态;

⑥维护方便、省时,只需要在轮系安装部位保养即可。

九、笔者的体会

①车载泵力系统集成是这中国纯电动客车发展的内在要求;

②对纯电动客车辅助动力总成进行集成,是客车和零部件企业共同的义务和责任;

③车载泵力系统集成效果比较好,尤其是提高系统稳定性、可靠性、免维护性。

④车载泵力系统集成对零部件厂家提升技术含量,对整车动力模式予以了优化。