电池包能不能被碰撞挤压?

文章来源:Kimi Auto 发布时间:2021-01-28
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综合分析来看,REESS在侧面撞击安全中只能“独善其身”的结构策略显然是不对的。而目前国内的很多新能源车的REESS似乎都是采取“独善其身”的策略,甚至作为企业的设计标准去执行。这种REESS壳体过分的“谈火色变”设计理念,让车身承受了不该承受之重。

从2021版C-NCAP开始,新能源车不再需要进行侧面可移动避障的测试,改为侧面柱碰试验。而当侧面撞击能量只是集中于柱体上时,电池包似乎更容易受到侧面撞击能量的挤压。

在如今新能源车谈火色变的环境下,电池包在侧面柱碰的工况下,是否更应该“独善其身”,躲在车身框架的“呵护”下?

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电池包能不能被挤压?

首先我们从2021版的C-NCAP碰撞规程来看看,关于电动车的碰撞安全规程里是如何定义REESS(车载可充电储能系统)的安全评价。

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在2021版C-NCAP的新能源车REESS安全评价项中,对REESS碰撞后的位置和起火、爆炸都提出了明确的要求。

我们先说说REESS位置的安全评价:装在乘员舱内的位置应该被保持,换句话说是就是整个REESS不能被挤压到,装在乘员舱外的REESS不能被挤压进入到乘员舱内。

目前REESS布置在车内的车型,主要是PHEV和HEV,这类车的电池包一般是布置在后尾箱或者后排座椅下,不管是侧面空间还是前后的空间,结构空间都非常充足,在目前的各类碰撞测试中,都比较容易达到安全评价的要求,对车身结构的要求也不高,比如凯迪拉克CT6的PHEV车型电池包就布置在乘员舱后部行李箱中。

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而REESS布置在车外的,目前其实主要是BEV(纯电动)和部分PHEV车型,都是需要大容量电池包的车型,电池包安装在乘员舱的地板下。而按照2021版C-NCAP的评价标准来解读,实际并将没有规定说REESS不能被挤压,只是要求不能被挤入到乘员舱内。换句话说,从安全规程上解读电池包是可以被挤压的。

但是考虑到电芯被挤压时容易起火和爆炸,国内很多车企在做BEV车型的安全设计时,基本都不允许REESS被挤压,整个侧面的安全防护都是依靠车身结构来支撑,毕竟目前的环节对电池是“谈火色变”

这样的安全设计策略合理吗?我们不妨来看看几款欧洲车型的设计案例。


电池包能不能参与碰撞吸能?

既然碰撞安全评价的标准中,只是规定安装在外部的REESS不能挤入到乘员舱内,那么我们是否可以在保证REESS内部的模组不被挤压、REESS不能挤入到乘员舱内的前提下,让电池包参与碰撞传递和吸能呢?

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从理论上来说,肯定可行的。首先、大多数BEV车型的REESS壳体和内部模组之间都存在着空间,这部分空间是可以被利用为壳体参与碰撞吸能变形。其次,REESS的壳体与车身侧面之间空间也可以被充分利用,在壳体的两侧(车身Y向)上设计结构来参与吸能、同时将壳体的框架两侧通过横梁链接起来参与传力,是目前一些欧洲和北美新能源车型应对侧面可移动避障碰撞和柱碰的有效解决方案。

我们不妨来看几个案例。比如福特的Mach-E,它不仅在门槛内设计了一个辊压件来提升侧碰和柱碰性能,还在REESS的壳体与车身门槛之间设计了一段挤压成型的铝合金结构来参与碰撞的吸能和传力。

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福特Mach-E

在欧洲版的沃尔沃XC40电动版上,也是类似的结构安全策略,REESS的壳体也参与了吸能和能量传递,电池壳体的侧面是挤压成形的合金框架,而且电池包框架在柱碰挤压两侧(车身Y向)还做了特殊强化。

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沃尔沃XC40 电动版

在大众MEB平台的侧面碰撞结构策略上,我们一样也看到了类似的结构设计理念,REESS的壳体也同样被允许挤压参与吸能。

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综合以上案例来看,电池包参与碰撞吸能理论上是完全可行的,而且目前一线的欧美车企在新能源平台的安全策略规划上,已经进行了搭载验证。


电池包应该扮演多重的戏份?

从上面的案例来看,REESS的壳体不仅要参与碰撞吸能和能量传递,而且还扮演着非常重要的角色。比如在福特的结构策略里,Mach-E的电池包壳体要承受柱碰约31.5%作用的能量,车身地板承受了约51%的能量。

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而为了承受这么多能量,壳体的框架两侧不仅设计了吸能结构,壳体上还设计了四根横梁来进行能量传递。车身的前地板在柱碰的撞击区域也设计了三根横梁来参与能量传递。

虽然福特的这种策略不一定适合所有车企的新能源车安全设计,但是最起码说明了REESS的壳体在侧面碰撞安全中是能扮演重要作用的,而且必须扮演重要的作用。

如果在侧面碰撞安全中,只是让车体去承受侧面的撞击能量,那么车身的门槛、地板横梁都需要做的非常强,尤其是在柱碰中这两个区域都需要单独做强化。但是车身门槛如果设计的过强,会导致车辆在侧面可移动避障的设计时结构失衡。B柱在侧碰时的折弯点会比较高,导致侧碰侵入量偏大。

而为了解决这种问题,B柱也得对应去提升结构的抗变形能力,来与门槛(被柱碰加强后)来匹配。这样最终的结果就是导致车身在应对侧碰时出现了明显的过设计问题,换句话说就是车身付出了更多的重量代价。

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单纯的只是让车身框架去硬抗,会造成车身结构的过设计,这显然不利于整车的轻量化设计。而不如让REESS的壳体与车身结构协同设计,更容易达到1+1>2的效果。

综合以上的分析来看,REESS在侧面撞击安全中只能“独善其身”的结构策略显然是不对的。而目前国内的很多新能源车的REESS似乎都是采取“独善其身”的策略,甚至作为企业的设计标准去执行。这种REESS壳体过分的“谈火色变”设计理念,让车身承受了不该承受之重。


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