电池布置会影响小型电动车的碰撞安全性!
电池是电动车的能量存储装置,其在碰撞过程中可能出现破损或内部短路,有发生着火甚至爆炸等极危险的事故的风险,为此国家制定了相应法规。然而,除了电池本身的安全性之外,电池的布置也会影响电动车的碰撞安全性,尤其是小型轻量化的电动车,这是为什么呢?...
来自:汽车安全与轻量化 作者:张颂安
导读
电池是电动车的能量存储装置,其在碰撞过程中可能出现破损或内部短路,造成局部温度升高,从而有发生着火甚至爆炸等极危险的事故的风险(图1为Tesla Model S着火事故)。国家制定了对动力电池的各种测试标准,以保证动力电池在汽车行驶过程中能够正常安全的工作。然而,除了电池本身的安全性之外,电池的布置也会影响电动车的碰撞安全性,尤其是小型轻量化的电动车,这是为什么呢?
图1. Tesla Model S 着火
动力电池是电动车上最重的部件对于传统的以内燃机为动力的汽车来说,发动机是整车中最重的部件,重达100~400kg。而对于电动汽车来说,用以提供动力的电机质量和体积都远远小于内燃机车中的发动机,动力电池组才是电动车上最重的部件,这是因为目前电池能量密度和功率密度较低,需要较多的电池才能满足电动车的行驶里程,例如在900kg的Smart Fortwo ED中,电池部件重达200kg,约占总重量的20%,而市场上一般的电动车上电池部件会更重,Tesla Model S 上电池组件重达550 kg,约占总重量的26%,如图2所示。
图2. Tesla Model S 电池部件(重达550kg)
图3. T型布置(Chevy Volt)
图4. 底板平铺布置(Smart Fortwo ED)
图5. 后备箱布置(Ford Focus Electric)
那么,具体来讲,动力电池的这些不同布置方式究竟如何能够影响整车的碰撞安全性呢?
在碰撞过程中,汽车的运动是十分复杂的,并非只是沿x轴(坐标系参考图6)平移挤压前端吸能区,而是会有绕x轴的翻转(Roll)、绕y轴的俯仰(Pitch)和绕z轴的横摆(Yaw)运动。
图6. 汽车通用坐标系
图7. 不同电池布置方式质心位置(有限元模型)
图8. 不同质心位置整车正面全宽碰撞(从左到右质心位置升高)
电池的布置对整车的碰撞响应波形会有很大影响,而碰撞波形又会进而影响乘员约束系统设计及乘员在碰撞过程中的运动和损伤响应。但是,并没有哪种电池布置在所有碰撞工况下都有最好的碰撞波形。同时,由于动力电池可以分开布置,故未来电动车上电池布置可能会有更多的形式,如分块布置等,可以更自由的调整整车质心。
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