孙海荣

摘 要：发达国家对电动汽车技术和产品的研究以及产业化投人了大量资金，一方面 促进了电动汽车本身的技术和产业的迅速发展；另一方面极大地推动了传统汽车 技术和产业的跨越式发展。纯电动汽车所涉及的电机及其驱动技术、电池及其管 理系统、整车的控制策略等，是电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等新型 汽车发展的基石。

以科技创新和产业化為开发目标，对新一代系列纯电动轿车进行了全面、系 统的规划。同时，以整车轻量化设计、整车一体化和系统一体化设计、整车控制 策略的优化及系统优化匹配、CAN 总线技术、电池均衡及热管理、整车故障诊断 及安全管理、批量车辆运营数据的记录和分析、基于无线远程通信技术的车辆运 行智能化监控管理系统开发等作为课题任务的工作重点，实现科技创新和产业化 的有机结合。与国外同类电动汽车相比，无论是高新技术的开发、应用，还是具 体性能指标，均有创新和突破。

关键词：电动汽车；关键技术

1 关键技术构成

新型纯电动轿车的技术构成分为：整车部分、电机及其控制系统、动力系统 主控制器、电池及其管理系统、车载充电机、车身低速总线控制系统、数字 VFD 仪表（含组合仪表节点）、车载记录仪（车载终端）及运行数据分析系统、故障 诊断及安全管理系统、车辆运行智能化监控管理平台以及相应的支持平台，如虚 拟设计平台、整车性能仿真平台、CAN 总线开发平台、各关键子系统开发平台、整车及子系统测试评价平台等。

新型纯电动轿车的研发没有将整车开发作为一个系统工程，而是既侧重支持 平台的研制和建设，又在汽车电子先进技术领域给予重要关注；既在整车设计上

努力实现技术创新，也对基于无线远程通讯技术的车辆运行智能化监控管理系统 做了规划和开发。

1.1 整车轻量化设计

整车轻量化始终是汽车技术重要的研究内容。纯电动汽车由于布置了电池 组，整车重量增加较多，轻量化问题更加突出。

（1）通过对整车实际使用工况和使用要求的分析，对电池的电压、容量、驱动电机功率、转速和转矩、整车性能等车辆宏观参数的冶、体优化，合理选择 电池和电机参数。

（2）通过结构优化和集成化、模块化优化设计，减轻动力总成、车载能源 系统的重量。这里包括对电机、电机驱动器、传动系、冷却系统、空调和制动真 空系统的集成和模块化设计，使系统得到优化；电池、电池箱、电池管理系统、车载充电机组成的车载能源系统的合理集成和分散，实现系统优化。

（3）积极采用轻质材料，如电池箱的结构框架、箱体封皮、轮毂等采用轻 质合金材料。

（4）利用 CAD 技术对车身承载结构件（如前后桥、新增的边梁、横梁等）进行有限元分析研究，用计算和试验相结合的方式，实现结构最优化。

1.2 基于双总线的分布式网络控制系统

新型纯电动轿车整车控制系统是两条总线的网络结构，即驱动系统的高速 CAN 总线和车身系统的低速总线。高速 CAN 总线每个节点为各子系统的 ECU。低 速总线按物理位置设置节点、基本原则是基于空间位置的区域自治，即物理位置 相近的电器元件连接到一个节点控制单元，各元件的信号通过 ECU 与总线进行通

讯 3 低速总线有两种方案可以选择，低速 CAN 和 LIN 总线。

前一种方案中，高速和低速 CAN 总线的结构都为独立控制结构，可以按照 ISO 11898、Jl939 及 J2284 组建高速 CAN，按照 ISO l1519-2、Jl939 及 J2284 组建低速容错 CAN。各节点自成一个系统，节点控制单元根据本地传感器和来自 CAN 总线上的信号，控制本地执行机构，同时将需要与其他节点共享的信号传输 到总线上。

图 1 为纯电动轿车采用的整车控制系统网络结构示意图，控制系统为两条总 线的网络结构：驱动系统的高速 CAN 总线和车身系统的低速总线。图 2 为车身舒 适性系统网络拓扑关系示意图。

1 整车控制系统网络结构示意图

图 2 车身舒适性系统网络拓扑关系

实现整车网络化控制，其意义不只是解决汽车电子化中出现的线路复杂和线 束增加问题，网络化实现的通讯和资源共享能力成为新的电子与计算机技术在汽 车上应用的一个基础，同时也为 X-by-Wire 技术提供有力的支撑。

1.3 故障诊断及高压电安全管理拔术

故障诊断及安全管理系统对纯电动轿车动力链的各个环节进行状态监控、故 障诊断，并相应启动失效策略和安全保护功能，确保车辆的安全性和可靠性。其 设计功能为：以高压电安全管理为第一功能目标；以分布式控制系统的故障诊断 为特点；兼顾 CAN 总线的故障检测与管理。

1.4 能量储存系统的重构和集成

实现动力电池与电池管理系布置集成，以及与车载智能充电机、均衡系统以 及专用充电机的功能架构细分，实现充电过程管理系统和充电机协同工作，快充 和车载慢充两种方式智能识别，快充过程车辆身份和充电信息基于 CAN 总线交 互。

1.5 电池均衡及热管理系统的设计

电动汽车的性能表现依赖于作为能量贮存系统的动力蓄电池组。电池组性能 直接影响整车的加速特性、续驶里程以及制动能量回收的效率等。电池的成本和 循环寿命直接影响车辆的成本和可靠性，所有影响电池性能的参数必须得到优 化。电动车的电池在使用中发热量很大，电池温度影响电池的电化学系统的运行、循环寿命和充电可接受性、功率和能量、安全性和可靠性。所以，为了达到最佳 的性能和寿命，需将电池包的温度控制在一定范围内。减小包内不均匀的温度分 布以避免模块间的不平衡，以此避免了电池性能下降，且可以消除相关的潜在危 险。由于电池包的设计既要密封、防水、防尘、绝缘等，又要考虑空气流流场分 布、均匀散热。电池包的散热通风设计，成为电动车研究的一个重要领域。

在新型纯电动轿车的研发中加强电池均衡及热管理系统研究的力度，采用专 用流体分析软件 FLUENT 和通用大型有限元分析软件 ANSYS 对电池包内流动情况 進行分析，同时进行了大量的实物验证试验，在考虑各种因素的情况下对电池包 的尺寸、电池布置、甚至箱体材料等进行优化。

1.6 车载记录仪及数据分析系统、在线监控标定 车载记录仪及数据分析系统、

技术和车辆运行的智能化管理系统

基于多通讯端口的车载数据记录仪对于滚动课题的整车动力系统匹配、示范 运行管理和运行分析具有十分重要的意义。车载记录仪应能满足车辆驾驶及运行 状态、电机状态、电池状态等多信息记录功能，相关的电动轿车运行数据分析软 件实现运行历史数据的回放和分析，包括统计分析等。车载记录仪进一步拓展，成为基于无线远程通信技术的车载终端。

为方便整车匹翌和性能优化，各子系统的 ECU 具备基于 RS232 和 CAN 接口的

在线参数监控和标定功能。各子系统的控制对象、管理策略实现参数化，并且可 以通过通讯接口实现在线监控和标定。

在纯电动轿车的测试标定、考核试验和运行示范中引入 GPS、CSM、技术，GIS 用于车辆通讯、调度与跟踪等智能化管理工作。通过车辆智能化监测管理平台。车载终端将车辆实时运行的状态信息传输到中央监 Π 管理系统，实现对运行车 辆的定位、监测和管理调度，并可以完成无线远程调试、标定和分析功能，进一 步扩展可以实现车辆运行过程中故障诊断、报警和远程救援功能。

2 结语

（l）新型纯电动轿车在开发过程中充分体现科技创新，在整车轻量化设计、整车一体化和系统一体化设计、整车控制策略、电池均衡冷却系统设计、整车故 障诊断及安全管理等诸多方面取得创造性成果。

（2）电动汽车由于其环保特性和能源的广泛性，是未来汽车最主要、最简 洁的解决方案。从总体看，混合动力汽车、燃料电池汽车均在解决或回避目前纯 电动汽车所面临的瓶颈——动力电池问题。

（3）电动汽车将成为汽车新技术开发和应用的平台，为我国汽车先进技术 研发提供了条件。

（4）电动汽车关键技术的欠成熟性，为形成自主知识产权和自主开发能力 提供了机遇。为避免出现目前在传统汽车研发和生产领域中受制于人的局面。

（5）纯电动汽车所涉及的关键技术也是混合动力汽车、燃料电池汽车中必 须面对的共性问题。国际上成功的经验表明，混合动力汽车、燃料电池汽车技术 最先进的丰田、通用等汽车公司，也是纯电动汽车技术最先进的公司。只有纯电 动汽车关键技术突破，混合动力汽车、燃料电池汽车才有了真正的发展基础。

（作者单位：东风悦达起亚汽车有限公司）