純電動汽車電池包托底分析及改善

周 飛 Zhou Fei

純電動汽車電池包托底分析及改善

周 飛
Zhou Fei

（福建省汽車工業集團云度新能源汽車股份有限公司 整車技術部，福建 莆田 351100）

在地板下布置動力電池的純電動汽車，由于動力電池底面不受車身結構保護，而且面積大，所以容易受到剮蹭和撞擊，造成很嚴重的后果；為了避免電池包托底，對整車進行結構分析，同時結合某款車型的托底案例分析，提出相應的改善措施，使電池包得到有效保護。

托底；防撞；電池包防護

0 引 言

對于純電動汽車，托底工況易造成電池損傷，嚴重時會起火爆炸，而且托底造成的損傷在電池底部，不易察覺，具有隱蔽性。有些托底事故雖然在當時未發生短路起火，車輛可以繼續行駛，但電池包已經嚴重變形。由于純電動汽車的動力儲能裝置為高能化學電源，在發生碰撞、翻車等極限情況時，很可能會造成電池包爆炸、燃燒等危險反應[1]，如果用戶未及時發現電池包變形，使電池芯體和高壓器件持續處于擠壓狀態，則電池包可能在一段時間后發生自燃，故在行車過程中，需要增加相應的電池包防護裝置避免電池包托底造成事故。

1 托底工況分析

托底工況是指汽車底盤在行駛中碰到地面或者地面突出物。汽車通過減速帶、撞擊路沿、上坡頂、走坑洼路以及壓過路面上石頭或磚塊，以及上路牙時都可能發生托底，車輪帶起石子擊打車底的情況也可歸到托底工況，托底一般包括前碰和上碰兩種工況。

1.1 前碰工況分析

前碰工況也稱刮底模式，即動力電池的前端和底部受到前后方向的剮蹭，載荷以水平方向為主，也有一些垂向成分。通常會造成電池前邊框和電池底殼前半部變形，嚴重時甚至會將電池殼體從前到后劃開。某款純電動汽車在滿載情況下機艙護板、副車架、電池包的最小離地間隙分別為135 mm、143 mm、134 mm，如圖1所示，由于機艙護板剛度基本為0，可以忽略不計，副車架最小離地間隙比電池包高9 mm，即滿載情況下，高度為134～143 mm的障礙物會與電池包直接碰撞而損壞電池包，同時基于副車架位于兩前輪之間，當遇到高度大于134 mm 的類似減速帶的障礙物時，也會造成電池包托底。

圖1 前碰工況時最小離地間隙

純電動汽車通過路牙如圖2所示，上坡時（或者倒車下坡時）（圖2（a）），電池包的托底高度約為 158 mm；下坡時（或者倒車上坡時）（圖2（b）），電池包的托底高度約為181 mm。

圖2 通過路牙時最小離地間隙

1.2 上碰工況分析

上碰工況也稱撞底模式，即動力電池底面受到向上的擠壓或撞擊，載荷以垂直方向為主，可使車輪一輪或多輪離地，通常會造成電池底殼垂向變形，嚴重時會將電池底殼頂穿后進而刺破內部芯體。如圖3所示，當單側輪胎落入深度為155 mm 的坑時，會造成電池包托底（坑與輪胎越遠，越不易托底，圖3中坑與輪胎間距為181 mm）。

圖3 單側輪胎落坑示意

2 托底問題的改善

2.1 前碰工況改善

整車刮底工況導致的電池包損傷主要集中在電池包前部區域，在動力電池包前布置一道防撞梁或者保險梁能夠有效保護電池。目前已經有多款量產車型應用了電池包防撞梁，如圖 4所示。防撞梁有圓管截面、矩形截面、三角形截面和平板型等多種形式，其中圓管型梁工藝簡單，成本低廉，剛度強度好，是電池包防撞梁的首選。

圖4 電池包前防撞梁示意

防撞梁應安裝在車身上或者副車架上，如圖5所示，不可直接安裝在電池包上，以避免防撞梁將載荷傳遞到電池包。

圖5 電池包防撞梁安裝位置示意

防撞梁最下緣應比電池包底面略低，保證防撞梁先于電池包與地面突起物接觸同時不影響最小離地間隙。防撞梁需要位于輪胎與電池包之間，且與電池包的間隙大于 100 mm，如果距離太近，防撞梁受力變形后有可能撞擊到電池包，若防撞梁位于兩前輪之間，當通過較高減速帶障礙物時則起不到相應的效果。

2.2 上碰工況改善

整車電池包撞擊模式使電池底面可能受力損壞，增加底護板是有效的防護手段，同時安裝底護板可以使汽車的下車體外圍呈現較為平順的外觀，如圖6所示。全覆蓋式底護板作為改進后的外觀結構，能夠從空氣動力學的角度降低風阻[2]，底護板可采用2 mm左右厚度的鋁板或者1.2 mm 左右厚度的鋼板，需要涂裝防石擊涂層，也可采用非金屬材料，例如改性塑料和玻纖復合材料等，料厚通常在3 mm以上。

圖6 電池包底護板示意

3 總 結

電池包托底主要由前碰工況和上碰工況兩種工況引起，在行車過程中注意路面情況可以主觀避免因為托底造成的嚴重后果，還可以通過電池包前端增加前防撞梁結構，擋住前端被副車架過濾的障礙物，同時可以通過增加電池包防護板全面保護電池包。在汽車保養或者清洗過程中，工作人員將底盤的殘留雜質洗干凈之后，吹干底盤的水跡，然后給底盤噴涂彈性塑料材質保護底盤[3]。

[1]胡付超，王波，林偉，等. 純電動城市客車動力電池安全防護碰撞仿真分析與改進[J]. 客車技術與研究，2017，39（5）：26-28.

[2]常原，賀斌，陳麗華，等. 整車前地板位置底部護板設計[J].汽車零部件，2016（2）：20-24.

[3]劉佳.做好防護經常跑爛路應加底盤保護膜[J].駕駛園，2013（9）：68.

2019-06-12

U469.72

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2019.05.005

1002-4581（2019）05-0015-03