浅析纯电动公交动力电池顶置顶部结构设计

2020-12-04周剑乔安徽安凯汽车股份有限公司

安徽科技 2020年11期

文/周剑乔（安徽安凯汽车股份有限公司）

为使纯电动公交车车内空间宽敞、部件布局更加人性化，许多厂家采用了低入口设计。低入口设计提高了整车的档次，使用上方便乘客上下车，减少上下客时间，与大城市的BRT站台完美融合，但原来放在中段的动力电池必须重新布置。为保证车内空间，客车尾段大座椅靠背需尽量靠后设计，大座椅靠背下方空间有限，需布置高压设备、冷却系统、驱动电机等，无多余空间布置全部的动力电池，所以低入口公交车动力电池布置在车顶成为主流。动力电池顶置能够使车内空间最大化，部件布置更加合理。

一、顶置动力电池安装固定方式

1.独立式固定

以6 箱电池为例，每箱动力电池独立安装固定，顶盖骨架上预留每箱动力电池对应的安装孔位，每箱预留6 个安装孔。安装时，逐一通过相应规格的螺栓进行安装固定。顶盖骨架上同时预留动力电池罩盖安装固定预埋，动力电池安装完成后，安装电池罩盖用以对动力电池的防护。图1 为动力电池独立式安装顶盖骨架设计简图及安装螺栓放大示意图。

2.整体式固定

动力电池顶置整体式安装固定，设计一个整体式的动力电池托架，托架包含6 箱动力电池的安装孔和动力电池罩盖安装固定孔，同时顶盖骨架上预留8 个动力电池托架的安装孔位。安装时，将6 箱的动力电池逐一安装在整体式的动力电池托架上，然后将动力电池托架通过8 个相应规格的螺栓进行安装固定，最后将电池罩盖安装在托架预留的空孔位上，用以对动力电池进行防护。图2 为动力电池整体式安装顶盖骨架设计简图及顶盖整体安装截面图。

图1 独立式结构设计简图

图2 整体式结构设计简图

顶置动力电池的两种安装固定方式各有优势。独立式固定较整体式固定少了一个整体式的动力电池托架，在重量上有优势，直接安装在顶盖骨架上，安装螺栓的数量也相对较多。整体式固定由于多了一个整体式的动力电池托架，6 箱动力电池安装在动力电池托架上，顶盖骨架上只需要预埋8 个孔位用来安装电池托架；而独立式固定每箱动力电池需要在顶盖骨架上预埋6 个孔位，共需预埋36 个孔位，在安装时每个与顶盖骨架接触的螺栓均需要进行复杂的防水处理。因此整体式固定在安装后期处理上比独立式固定简单，顶部漏水隐患也相对较少。

二、顶盖骨架强度分析

6 箱标准箱动力电池重约1300kg，安装在顶盖上，在顶盖骨架设计时，强度必须保证。整车骨架、底架设计完成后需建模对车身骨架进行强度、刚度和模态分析，检验设计方案的合理性。对设计后的骨架进行有限元分析，选取了弯曲工况、紧急制动工况、急转弯工况，结果显示，车身骨架前八阶频率变化不大，都分布在6～32Hz。由于车身骨架的固有频率应该避开路面不平引起的振动，已知客车在城市道路行驶过程中路面激振频率一般在1～3Hz，城市客车在行驶过程中电机的传动轴怠速激振频率一般大于30Hz，所以该结构的模态均满足行驶要求。

三、顶部两侧装饰罩

动力电池、空调以及天窗都安装在公交车顶部，导致顶部部件高低不平、杂乱无章，影响整车美观。针对这种情况，设计时在公交车顶部四周增加相应装饰，对顶盖骨架上安装的部件进行遮挡，使外观更和谐、大气。遮挡主要针对顶置动力电池结构，因为动力电池箱体比空调等其他部件高，加上安装了电池罩盖，高度差更加明显。装饰罩有可拆卸和不可拆卸两种。

1.可拆卸装饰罩

两侧装饰罩与整车车长相当，尺寸稍大，以保证外表面的平整度。采用铝合金拉伸的铝板通过支架和螺栓固定在车身顶部，两侧装饰板下部与车顶预留20mm缝隙以便于车顶的雨水排出；在顶盖骨架两侧预留孔位，在装配时，顶部部件安装完毕后，通过螺栓装配两侧装饰罩，如图3 左侧部分为可拆卸装饰罩的截面图，材料为铝合金，整体装配式，可拆卸。与此对应的前、后顶装饰罩为了与两侧装饰罩相融合，四周均是曲面造型，采用玻璃钢整体成型，在车辆前、后顶相配合处铆接铁皮，通过焊接铆接的铁皮，将前后顶装饰罩固定在车身上，而后随整车一起油漆。

图3 顶部两侧装饰罩截面图

2.不可拆卸装饰罩

设计采用厚度为0.8mm 的蒙皮，保证外表面的平整度，根据设计弧线冲压而成。顶盖骨架的两侧通过焊接间隔800mm 的铁板和前后贯通规格为20mm×20mm 的方形矩形管，将冲压成型的蒙皮焊接在顶盖骨架的两侧，两侧蒙皮下部与车顶预留20mm缝隙以便于车顶的雨水排出，焊接完成后随整车进行电泳处理。如图3 右侧部分为不可拆卸装饰板的截面图，材料为0.8mm 的蒙皮件，整体冲压件，焊接在顶盖骨架上。与此对应的前、后顶装饰罩与两侧的蒙皮材料相同，整体冲压成型，在前后与侧边相连接处焊接而成，四周均是曲面造型，随整车进行电泳处理。

两种装饰结构的外观效果完全相同，整体装饰效果见图4，主要区别在于可拆卸装饰罩材料是铝板，优势是安装后无需作防水处理、可以拆卸，劣势是成本较高；不可拆卸装饰罩材料是铁板蒙皮，优势是成本较低，劣势是不可拆卸及电泳处理后需对焊接处作防水处理。