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1提高電池布置效率的必要性

雖然中國(guó)純電動(dòng)汽車近幾年發(fā)展勢(shì)頭愈加猛烈，但其銷量還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于燃油車，客戶對(duì)于純電動(dòng)的里程焦慮一直是制約純電動(dòng)車發(fā)展的重要因素，各個(gè)車企對(duì)于提高行駛里程也是費(fèi)勁腦汁。例如特斯拉的超級(jí)充電樁，以及蔚來(lái)的換電站都是解決里程焦慮的有效措施。但無(wú)論是超級(jí)充電樁還是換電站都需要一個(gè)發(fā)展過(guò)程以及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的普及。對(duì)于車企而言，成本最低、首先要考慮的就是在有限的空間內(nèi)提高電池布置效率，增加續(xù)航里程。
早期的純電動(dòng)車動(dòng)力電池有“土”字形、“T”字形、“平板”形等。但隨著近幾年電動(dòng)汽車以及動(dòng)力電池的飛速發(fā)展，開(kāi)始向平板電池、模塊化發(fā)展。電池組布置在車底，不僅可以盡量釋放更多空間給乘客艙，還可以盡量降低整車重心，讓車輛在同等情況下?lián)碛懈玫母咚俜€(wěn)定性。因此，本文討論的重點(diǎn)就以如何提高平板電池布置效率為主要內(nèi)容。

2影響電池布置物理因素

2.1長(zhǎng)度方向

從純電動(dòng)汽車底盤布置圖可以看出，動(dòng)力電池絕大部分都布置在前后輪之間，因?yàn)楝F(xiàn)有電動(dòng)車一般都會(huì)保護(hù)四驅(qū)配置，前后輪心位置會(huì)留給前后電機(jī)，因此，電池組可以布置的長(zhǎng)度空間與車型軸距有著直接的關(guān)系，軸距越大，留給電池的空間就越大。在一定的軸距條件下，可以看到電池前端被前副車架限制，電池后端被后懸架限制，如何在一定的軸距條件下布置盡量長(zhǎng)的電池，需要重點(diǎn)關(guān)注。
選取市場(chǎng)上幾款主流電動(dòng)車，繪制整車軸距與電池長(zhǎng)度關(guān)系，如圖1所示。可以發(fā)現(xiàn)，雖然整車軸距對(duì)于電池長(zhǎng)度有著至關(guān)重要作用，但是對(duì)于軸距空間的利用，每個(gè)車型大小有很大區(qū)別。在擬合曲線之上的車型軸距利用率較高，而在擬合曲線之下的車型軸距利用率較低。為了更好地找到影響軸距利用率的因素，選取前輪心—前副車架后端a和后輪心到后副車架前端b兩個(gè)指標(biāo)來(lái)研究布置效率。

1.電池前端

前副車架的設(shè)計(jì)不僅起到支撐動(dòng)力總成的作用還提供前懸架的安裝點(diǎn)。從圖2可以看出前懸架的安裝點(diǎn)位置對(duì)于副車架的后邊界位置有著決定作用，首先研究前懸架不同類型對(duì)于副車架后邊界設(shè)計(jì)有無(wú)影響。目前乘用車主流前懸架分為麥弗遜和雙叉臂兩種類型，針對(duì)不同車型的前懸架后襯套邊緣到輪心的距離p為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)前麥弗遜懸架p值基本都穩(wěn)定在325mm～335mm，q的主要因素在于副車架后安裝點(diǎn)和懸架安裝點(diǎn)的排列方式，傳統(tǒng)車型兩個(gè)安裝點(diǎn)都是前后排列，為了縮小X向的距離，可以采用Y向排列，如圖2中的圓圈所示。這種排列方式可以釋放副車架襯套所占用的長(zhǎng)度方向空間。圖3為寬窄電池車身Y向界面圖。

2.電池后端

后副車架的設(shè)計(jì)與前懸架不同，主要是由于后懸架類型諸多，如扭桿梁、三連桿、四連桿和五連桿。每種懸架在X向尺寸差異巨大，且它們側(cè)重點(diǎn)不同。因此，對(duì)于電池布置的影響很大。研究發(fā)現(xiàn)，寬電池包和窄電池包對(duì)于不同后懸架影響不同。

對(duì)于寬電池包來(lái)說(shuō)，其寬度基本已經(jīng)到達(dá)門檻板，因此，限制寬電池包長(zhǎng)度有兩大因素：（1）輪胎大小；（2）懸架類型。

若輪胎前端面已經(jīng)超過(guò)懸架或副車架最前端，則輪胎大小直接決定電池長(zhǎng)度，五連桿和扭桿梁的X尺寸較小，就屬于這種情況。

若輪胎前端面沒(méi)有超過(guò)懸架或副車架最前端，則懸架類型決定了電池長(zhǎng)度，三連桿或四連桿懸架由于縱向連桿（拖曳臂）的存在，懸架限制電池長(zhǎng)度。

統(tǒng)計(jì)了不同懸架類型在X向的空間尺寸，如圖4所示?？扇菁{電池長(zhǎng)度：五連桿－扭桿梁>三連桿>四連桿。這是由于三連桿或四連桿自身結(jié)構(gòu)存在縱向連桿，能支持側(cè)向力，占用了大量X向尺寸。

對(duì)于窄電池包，寬度較小，電池可以布置在懸架縱梁連桿以內(nèi)，從而增加電池的長(zhǎng)度布置空間，因此，影響窄電池長(zhǎng)度方向尺寸的主要因素是懸架類型。

分別統(tǒng)計(jì)了不同懸架類型在X向的空間尺寸，可知三連桿>四連桿>五連桿～扭桿梁。因此，各個(gè)車企可根據(jù)自身需求，選擇適合自己的懸架類型和電池尺寸。

2.2寬度方向從圖3車輛寬度尺寸鏈可以看出，電池寬度主要是由整車寬度決定的，減掉造型發(fā)揮空間，也就是由門檻版的寬度來(lái)定的，各個(gè)車企需要根據(jù)車輛尺寸定義級(jí)別以及造型需求盡量多的利用Y向空間。早期電動(dòng)車大部分以油改電為主，燃油車架構(gòu)的特點(diǎn)使得窄電池更容易滿足側(cè)碰的要求，且需車身提供內(nèi)縱梁來(lái)固定，寬電池可以充分利用Y向空間，電池可以直接固定在門檻版上，目前的主流純電動(dòng)汽車平臺(tái)都是采用此類做法發(fā)揮Y向空間最大化。

3影響電池布置的性能因素

3.1電池布置對(duì)車身拓?fù)鋬?yōu)化的影響動(dòng)力電池尺寸大，幾乎平鋪整個(gè)底盤，對(duì)整車拓?fù)浞治?、傳力路徑以及安全碰撞保護(hù)設(shè)計(jì)起著尤為重要的作用。因此,動(dòng)力電池的布置與性能相關(guān)影響相輔相成、密不可分。根據(jù)上文闡述，寬平板電池和窄平板電池在拓?fù)浞治?、車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有著很大的區(qū)別。寬電池傳力路徑：縱梁—車身門檻。窄電池傳力路徑：縱梁—車身地板縱梁。

3.2動(dòng)力電池對(duì)安全性能的影響整車安全對(duì)電池保護(hù)的要求：整車完整的電路系統(tǒng)要求在各種國(guó)家規(guī)定的碰撞工況下均不可以與周邊零件產(chǎn)生斷裂應(yīng)變的直接接觸損傷，不允許有任何短路或者斷路的風(fēng)險(xiǎn)。
X向：考慮到前碰各個(gè)前碰工況（RGB\ODB\SOF）下對(duì)電池的沖擊，一般電池前端避免布置尖銳的硬性零件，電池離前輪心越遠(yuǎn)越好，但考慮到實(shí)際情況下，為了增大電量，在布置允許情況下會(huì)盡量將電池前置。這就對(duì)前艙零件布置提出了更高的挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)向前置可以避免轉(zhuǎn)向電機(jī)對(duì)電池前端模塊的沖擊，這也是市場(chǎng)上大多數(shù)電動(dòng)車采用的主要方法之一。
Y向：從整車安全角度，窄電池會(huì)更容易滿足電路完整性保護(hù)的要求。但同樣與整車增加電量的需求矛盾，因此，各車企也是費(fèi)勁腦汁解決電池側(cè)碰柱碰的問(wèn)題。加大門檻板截面積以及內(nèi)部填充各種支撐都是方法，但各有利弊，需要綜合權(quán)衡。并且動(dòng)力電池內(nèi)部或外部框架需增加Y向承載縱梁。最后，對(duì)于電池周邊零件，需要避免在碰撞路徑上鈑金尖銳邊正對(duì)電池或者其他需要保護(hù)的連接電路系統(tǒng)，以免引起短路或者斷路風(fēng)險(xiǎn)。
Z向：根據(jù)車型不同，電池厚度設(shè)計(jì)差異性很大。一般情況下，運(yùn)動(dòng)型多用途汽車（SportUtilityVehicle,SUV）車型有更高的車高，更高的離地間隙，可以支持更大Z向尺寸的電池，因此，SUV的電池厚度一般在140mm～160mm。而對(duì)于轎車，有車高和離地間隙的限制，減去乘客艙人的空間，可支持電池的厚度有限，目前大部分的轎車的電池厚度都在110mm～130mm。

3.3動(dòng)力電池對(duì)制造的影響動(dòng)力電池對(duì)制造的影響主要分兩種，一種在油改電電動(dòng)車，為減少車間改造帶來(lái)的巨額投資，一般會(huì)與現(xiàn)有燃油車共線生產(chǎn)，其弊端是車身定位孔的保留會(huì)對(duì)電池的設(shè)計(jì)產(chǎn)生很大限制，比如電池要避開(kāi)總裝吊具，而原有產(chǎn)線前后吊具的距離也直接影響了電池長(zhǎng)度；另一種是純電動(dòng)平臺(tái)電動(dòng)車，這種一般是全新產(chǎn)線，吊具前后定位孔的相對(duì)位置以及整車各個(gè)零件的裝配順序都可以重新設(shè)計(jì)，在保證電池電量的前提下去設(shè)計(jì)全新產(chǎn)線是相對(duì)容易的。

4結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)以上分析可知，影響電池布置的因素諸多，要把所有因素考慮在內(nèi)，再加上底盤一系列管路的布置，提高電池續(xù)航是對(duì)整車集成的一種挑戰(zhàn)。當(dāng)然，各個(gè)電池廠也在積極研究CTC、CTP等電池集成方案，或許在不久的將來(lái)，隨著大家對(duì)諸多因素的整合、摸索，可以形成電池的標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)無(wú)疑是巨大的貢獻(xiàn)。