纯电动汽车电池包托底分析及改善

周 飞 Zhou Fei

纯电动汽车电池包托底分析及改善

周 飞
Zhou Fei

（福建省汽车工业集团云度新能源汽车股份有限公司 整车技术部，福建 莆田 351100）

在地板下布置动力电池的纯电动汽车，由于动力电池底面不受车身结构保护，而且面积大，所以容易受到剐蹭和撞击，造成很严重的后果；为了避免电池包托底，对整车进行结构分析，同时结合某款车型的托底案例分析，提出相应的改善措施，使电池包得到有效保护。

托底；防撞；电池包防护

0 引 言

对于纯电动汽车，托底工况易造成电池损伤，严重时会起火爆炸，而且托底造成的损伤在电池底部，不易察觉，具有隐蔽性。有些托底事故虽然在当时未发生短路起火，车辆可以继续行驶，但电池包已经严重变形。由于纯电动汽车的动力储能装置为高能化学电源，在发生碰撞、翻车等极限情况时，很可能会造成电池包爆炸、燃烧等危险反应[1]，如果用户未及时发现电池包变形，使电池芯体和高压器件持续处于挤压状态，则电池包可能在一段时间后发生自燃，故在行车过程中，需要增加相应的电池包防护装置避免电池包托底造成事故。

1 托底工况分析

托底工况是指汽车底盘在行驶中碰到地面或者地面突出物。汽车通过减速带、撞击路沿、上坡顶、走坑洼路以及压过路面上石头或砖块，以及上路牙时都可能发生托底，车轮带起石子击打车底的情况也可归到托底工况，托底一般包括前碰和上碰两种工况。

1.1 前碰工况分析

前碰工况也称刮底模式，即动力电池的前端和底部受到前后方向的剐蹭，载荷以水平方向为主，也有一些垂向成分。通常会造成电池前边框和电池底壳前半部变形，严重时甚至会将电池壳体从前到后划开。某款纯电动汽车在满载情况下机舱护板、副车架、电池包的最小离地间隙分别为135 mm、143 mm、134 mm，如图1所示，由于机舱护板刚度基本为0，可以忽略不计，副车架最小离地间隙比电池包高9 mm，即满载情况下，高度为134～143 mm的障碍物会与电池包直接碰撞而损坏电池包，同时基于副车架位于两前轮之间，当遇到高度大于134 mm 的类似减速带的障碍物时，也会造成电池包托底。

图1 前碰工况时最小离地间隙

纯电动汽车通过路牙如图2所示，上坡时（或者倒车下坡时）（图2（a）），电池包的托底高度约为 158 mm；下坡时（或者倒车上坡时）（图2（b）），电池包的托底高度约为181 mm。

图2 通过路牙时最小离地间隙

1.2 上碰工况分析

上碰工况也称撞底模式，即动力电池底面受到向上的挤压或撞击，载荷以垂直方向为主，可使车轮一轮或多轮离地，通常会造成电池底壳垂向变形，严重时会将电池底壳顶穿后进而刺破内部芯体。如图3所示，当单侧轮胎落入深度为155 mm 的坑时，会造成电池包托底（坑与轮胎越远，越不易托底，图3中坑与轮胎间距为181 mm）。

图3 单侧轮胎落坑示意

2 托底问题的改善

2.1 前碰工况改善

整车刮底工况导致的电池包损伤主要集中在电池包前部区域，在动力电池包前布置一道防撞梁或者保险梁能够有效保护电池。目前已经有多款量产车型应用了电池包防撞梁，如图 4所示。防撞梁有圆管截面、矩形截面、三角形截面和平板型等多种形式，其中圆管型梁工艺简单，成本低廉，刚度强度好，是电池包防撞梁的首选。

图4 电池包前防撞梁示意

防撞梁应安装在车身上或者副车架上，如图5所示，不可直接安装在电池包上，以避免防撞梁将载荷传递到电池包。

图5 电池包防撞梁安装位置示意

防撞梁最下缘应比电池包底面略低，保证防撞梁先于电池包与地面突起物接触同时不影响最小离地间隙。防撞梁需要位于轮胎与电池包之间，且与电池包的间隙大于 100 mm，如果距离太近，防撞梁受力变形后有可能撞击到电池包，若防撞梁位于两前轮之间，当通过较高减速带障碍物时则起不到相应的效果。

2.2 上碰工况改善

整车电池包撞击模式使电池底面可能受力损坏，增加底护板是有效的防护手段，同时安装底护板可以使汽车的下车体外围呈现较为平顺的外观，如图6所示。全覆盖式底护板作为改进后的外观结构，能够从空气动力学的角度降低风阻[2]，底护板可采用2 mm左右厚度的铝板或者1.2 mm 左右厚度的钢板，需要涂装防石击涂层，也可采用非金属材料，例如改性塑料和玻纤复合材料等，料厚通常在3 mm以上。

图6 电池包底护板示意

3 总 结

电池包托底主要由前碰工况和上碰工况两种工况引起，在行车过程中注意路面情况可以主观避免因为托底造成的严重后果，还可以通过电池包前端增加前防撞梁结构，挡住前端被副车架过滤的障碍物，同时可以通过增加电池包防护板全面保护电池包。在汽车保养或者清洗过程中，工作人员将底盘的残留杂质洗干净之后，吹干底盘的水迹，然后给底盘喷涂弹性塑料材质保护底盘[3]。

[1]胡付超，王波，林伟，等. 纯电动城市客车动力电池安全防护碰撞仿真分析与改进[J]. 客车技术与研究，2017，39（5）：26-28.

[2]常原，贺斌，陈丽华，等. 整车前地板位置底部护板设计[J].汽车零部件，2016（2）：20-24.

[3]刘佳.做好防护经常跑烂路应加底盘保护膜[J].驾驶园，2013（9）：68.

2019-06-12

U469.72

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2019.05.005

1002-4581（2019）05-0015-03