鉅大LARGE | 點擊量:1045次 | 2018年11月05日
把電池放在地板上會是純電動車最好的選擇嗎
現如今,越來越多的廠家選擇將電池包安裝在車身中地板上,是因為它有很多優點。比如“板式布局”能降低重心且不占空間。相比之外,油改車型沿用了很多傳統車身布局方式,故而只能見縫插針,多采用“T形電池包”布置方法。
然而汽車整車設計可謂牽一發動全身,雖然勉強能將電池包布局在變速箱通道和座位下面,但除對動態體驗有影響外,還會引起車內后排地臺不能做到純平、行李箱空間被壓縮等問題。所以我們能看到像特斯拉、大眾(MEB純電平臺)這些布局久遠的平臺,都會采用“電池包安裝在車身中地板上”的設計方法。
注:動力電池采用全包圍的形式將電池置于箱體結構中,固定于地板下方。
但我們知道,既然地板需要安裝電池包(板),必然傳統的傳力結構就要舍棄掉,比如位于前地板處的中通道就消失了。中通道除起到避讓發動機、變速箱以及分動器等動力部件外,還因為其凸起(類似“褶皺”)設計能起到強化地板抗扭強度的作用。拿寶馬7系的鋼鋁-碳纖維混合車身來說,還特地在中通道上貼了一層碳纖維板,來進一步強化它的作用。
更有甚者,馬自達最新的創馳藍天車身(SkyActiv-Body)技術,相比老款就是在地板結構上大做文章,比如斜交接的支撐梁起到了很好的的傳力疏導作用。相信馬自達去年一口氣五款車型均獲得IIHSTSP+與此就有直接關系。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
下圖是特斯拉Model3車身布局,除前部沒有發動機艙外,它的前后部與傳統車身差異并不大,差異主要就體現在前地板和中底板這塊了。雖然在地板處采用了多塊橫梁作為支撐,但對比馬自達SkyActiv-Body就能看出差別了,不論從結構的復雜程度還是板材的厚度,后者明顯要占上風。
從上文聊到的,不難發現新式車身設計有利有弊。它更有利于電動汽車針對性布局,但舍棄了傳統車身精髓,就好比先自廢武功。比如電池碰撞擠壓后,有可能引起電解液泄露,重則還可能發生起火。看看特斯拉的起火事故就知道了,起火后很難將其撲滅,危險不可小覷。
設計師都想了哪些方法
大家有沒有發現,現如今很少再有電動汽車碰撞起火的事故發生,從今年IIHS對寶馬i3和特斯拉ModelS兩款車型的碰撞測試成績看,這二者在“25%偏置碰撞、40%偏置碰撞、側面碰撞、車頂強度測試”四個被動安全測試指標上均獲得了“Good”。這是因為電動汽車已經有不少針對性設計。今天我們就來盤點下這些平時不太能看到,但其實非常重要的設計手法。
1.強化的門欄梁
Model3的車身主要由四種材料組成:鋁材(灰)、低碳鋼(藍)、高強度鋼(黃)、超高強度鋼(紅)。下圖是它的側圍爆炸圖,有沒有發現在門欄梁處多了一道特殊設計——帶有鏤空結構的門欄內板加強梁,它能起到強化抵抗碰撞的能力,相比之下,傳統車身就沒有這種結構。
類似地,蔚來ES8采用了一體空腔門檻梁設計。
GB/T31498—2015要求任何車載可充電儲能系統部分不應進入乘員艙,在碰撞過程中不應爆炸、起火,所以設計要求門檻內板的相對位移量應小于這個距離,才不會導致側面碰撞中電池包的過度擠壓。這種鏤空設計能有效的吸收能量,避免碰撞能量過多地傳遞到電池包處,進而降低碰撞變形發生的可能。
2.改變傳統的傳力路徑
整車載荷傳遞路徑可以大致分解為:前艙載荷路徑、前中地板載荷傳遞和后地板載荷路徑。由于未來的電池包布置方案基本都在地板下方平鋪,所以前中地板載荷傳遞路徑設計就是重點調整方向了。一般在前中地板的上方會布置兩根橫梁,其主要功能是作為座椅支撐結構、防止碰撞時座椅被拉拽,同時也承載柱碰時的載荷傳遞。典型的比如Model3、ModelS都是采用的類似手法。
當碰撞來自前方,碰撞力會由前縱梁向后傳遞,這時候我們希望傳輸力能盡可能傳遞到門欄梁和A柱上。這時候在前縱梁與門欄梁和A柱結合處如何設計就顯得尤為重要了。比如蔚來ES8在駕駛艙前部采用了Torquebox防護樞紐采用立體格形設計,它可以對碰撞力進行分流,進而通過門檻梁、A柱繼續向后傳遞而保障乘員艙以及電池倉的不變形。
這一設計也不是蔚來獨家,在更早之前的凱迪拉克CT6采用的也是類似思路,它采用了一種類似蜂窩的設計手法。除能起到吸能作用外,還能起到碰撞力疏導的作用。
3.電池包設計
打鐵還需自身硬,電池包托盤本身也需要強化結構。比如奔馳EQC的側邊梁就采用了空腔加強結構,使得整個電池包能獲得很好的剛性。
除此之外,現在還提到了一種電池包主動式脫離的方法。它有點類似發動機下沉設計的思路,希望在電池包出現冒煙、起火等危險情況時,可以快速的使危險電池包脫離車體,保護乘客及車輛安全。
不過正如發動機下沉技術一樣,這類設計還處在很前沿的階段,我們短期內很難見到。但這也啟發我們,汽車安全除被動安全外還有主動安全。所以很多電動汽車會設計高壓系統自動斷電功能,在碰撞后迅速斷電,避免人員觸電或車輛起火的風險。舉例來說,WEYP8在碰撞后HCU能在30ms內將高壓主繼電器斷開,并在300ms內完成高壓下電。
雅斯頓小結
汽車的車身結構從非承載式轉為承載式已經有很些年了,傳統的承載式車身結構現在依然有著相當穩定的市場。但相信隨著純電動平臺越來越多,傳統車身設計將迎來新一輪變革。作為消費者,這些設計看似離我們很遠,但再怎么關注安全都不為過,特別是還處在變革中的電動汽車市場,需要提升的地方還有很多。
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