鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1727次 | 2022年10月28日
純電動(dòng)汽車和燃油車有什么區(qū)別
概述
純電動(dòng)車相比燃油車，內(nèi)燃機(jī)和變速器變成電機(jī)和減速器，而且增加了巨大的動(dòng)力電池系統(tǒng)，所以電動(dòng)車在空間布置、重量分布、高壓電安全、動(dòng)力電池防護(hù)等方面都與燃油車有很大差異。
純電動(dòng)汽車碰撞事故的后果有別于傳統(tǒng)燃油車。純電動(dòng)車在碰撞時(shí)不僅僅會(huì)造成車體變形和乘員機(jī)械傷害，碰撞還可能引起高壓系統(tǒng)的竄動(dòng)、擠壓、開裂、短路，從而發(fā)生漏電、熱沖擊、爆炸、燃燒等，乘員就有可能受到電傷害、化學(xué)傷害、電池爆炸傷害以及燃燒傷害等。
既然純電動(dòng)汽車的碰撞安全特性不同于傳統(tǒng)燃油汽車，我們開發(fā)碰撞安全性能的思路和要點(diǎn)也需要相應(yīng)改變。傳統(tǒng)燃油車的碰撞安全性能圍繞著乘員開發(fā)，基本思路就是通過控制車體加速和變形量來降低乘員的機(jī)械傷害。純電動(dòng)汽車的碰撞安全性能則要考慮乘員和動(dòng)力電池包兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，不僅要關(guān)注乘員的傷害值。還要考慮動(dòng)力電池在碰撞時(shí)的安全防護(hù)。
空間布置的變化
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
電動(dòng)機(jī)和減速器構(gòu)成的動(dòng)力總成體積比燃油車動(dòng)力總成小，似乎純電動(dòng)汽車的前艙吸能空間要大于燃油車。
可惜的是，純電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢(shì)是盡量將前后懸縮短和加長(zhǎng)軸距，以便在地板下布置更大的平板電池，這就導(dǎo)致前艙空間被嚴(yán)重壓縮。而且高壓配電盒、逆變器、DC-DC和充電器等體積比較大的部件通常也都布置在前艙內(nèi)，幾乎將整個(gè)前艙占滿。為保護(hù)內(nèi)部電子元器件和實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽，這些部件通常都有剛硬的金屬外殼，在碰撞中基本無法變形，接近剛性體。
所以在通常情況下，電動(dòng)汽車的前艙碰撞吸能空間不會(huì)好于傳統(tǒng)燃油車。圖2展示了雪佛蘭BOLT的前艙布置，整個(gè)前艙滿滿當(dāng)當(dāng)，有效吸能空間非常少。
對(duì)于油改電的車型，前懸和前艙空間保持跟原型車一致，沒有被縮減，但因?yàn)閼壹芎蛙嚿斫Y(jié)構(gòu)基本上是直接借用，不會(huì)根據(jù)新的動(dòng)力總成做適用性的改動(dòng)，導(dǎo)致空間利用效率較低，再加上還要布置各種高壓元件和PTC等，最終的前艙吸能空間也不會(huì)高于原型燃油車。
純電動(dòng)車在總布置上的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是動(dòng)力電池，通常動(dòng)力電池布置在地板下方。電池的前后和兩側(cè)都需要設(shè)計(jì)充分的防護(hù)結(jié)構(gòu)和緩沖空間。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
為給電池提供布置空間，地板縱梁需要取消或者向外彎折，導(dǎo)致前艙縱梁碰撞時(shí)的載荷不易向后傳遞，在正面碰撞時(shí)前縱梁根部容易彎折并向后頂入乘員艙內(nèi)，產(chǎn)生非常大的前壁板侵入量。
為保證動(dòng)力電池的安全性，除了燃油車開發(fā)常用的正碰、偏置碰、側(cè)碰和后碰工況，還要考慮高速追尾和柱碰等整車工況，此外還應(yīng)補(bǔ)充刮底和托底等專門針對(duì)動(dòng)力電池包的工況。其中側(cè)面柱碰工況尤其重要，原因是純電動(dòng)車在事故中與路邊樹木和電線桿相撞的后果會(huì)更加嚴(yán)重，會(huì)造成電池包的劇烈擠壓、變形，導(dǎo)致起火爆炸。
質(zhì)量和質(zhì)心的變化
純電動(dòng)車在地板下方布置了一塊重達(dá)數(shù)百公斤的動(dòng)力電池，所以整車質(zhì)量要比同尺寸的燃油車增加20%以上，碰撞時(shí)初始動(dòng)能遠(yuǎn)大于燃油車。但由于前部吸能空間并不大于燃油車，縱梁截面也無法顯著加大，所以車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度增加。
此外，純電動(dòng)車的動(dòng)力總成比燃油車輕，整車增加的質(zhì)量分布在前壁板后方，即動(dòng)力總成之后。車輛在正面碰撞時(shí)，動(dòng)力總成撞擊到壁障后動(dòng)能降為0，整車總動(dòng)能迅速降低，因純電動(dòng)車在動(dòng)力總成之后的質(zhì)量大于燃油車較多，剩余動(dòng)能較大，對(duì)車身結(jié)構(gòu)造成較大負(fù)擔(dān)。
純電動(dòng)汽車質(zhì)量增加且質(zhì)心后移，使車體碰撞吸能特性與燃油車有較大差異，設(shè)計(jì)車身結(jié)構(gòu)時(shí)要考慮以下幾點(diǎn)：
1、純電動(dòng)汽車應(yīng)加強(qiáng)縱梁前段的吸能效率，使動(dòng)力總成接觸壁障停止時(shí)的速度不大于傳統(tǒng)車。
2、純電動(dòng)車動(dòng)力總成與前壁板之間的潰縮空間應(yīng)大于燃油車，必要時(shí)寧可犧牲一點(diǎn)動(dòng)力總成前方的吸能空間。
3、純電動(dòng)車縱梁中后段（電動(dòng)機(jī)與前壁板間）的強(qiáng)度必須明顯大于燃油車原型，還要能夠充分變形，防止能量集中在縱梁根部與車身。
因?yàn)閯?dòng)力電池通常放在地板下方，使整車的質(zhì)心降低，整車質(zhì)心Z向高度更接近前縱梁中線。整車質(zhì)心降低是否對(duì)碰撞性能有利并無定論。有研究者認(rèn)為質(zhì)心低能夠得到更好的碰撞加速度波形；也有研究者用數(shù)值模擬得到了質(zhì)心低有利于100%正碰但不利于40%偏置碰的結(jié)論。本人則認(rèn)為，如果在車體設(shè)計(jì)時(shí)考慮了整車質(zhì)心低的特點(diǎn)，可以提升前縱梁的吸能效率。
燃油車的整車質(zhì)心一般比前縱梁中線要高出100mm以上，所以正面碰撞時(shí)（包括正碰和偏置碰）形成俯仰力矩，整車有明顯的點(diǎn)頭動(dòng)作，這就導(dǎo)致前縱梁很難形成完美的潰縮模式，一般都是先潰縮再?gòu)澱?。而純電?dòng)汽車的整車質(zhì)心在Z方向上接近甚至低于前縱梁中線，如果在車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)充分利用這個(gè)特點(diǎn)，理論上可以實(shí)現(xiàn)更好的縱梁潰縮變形，在同樣的吸能空間內(nèi)具有吸收更多動(dòng)能的可能性。
高壓電安全
電動(dòng)車為保證續(xù)航里程，搭載了大容量鋰離子電池，因鋰離子的活性，電池受到強(qiáng)烈撞擊后易發(fā)生滲漏，甚至起火爆燃。純電動(dòng)汽車采用了高壓電機(jī)和電驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，還采用了大量的高壓附件設(shè)備，如電動(dòng)空調(diào)、PTC電加熱器及DC/DC等。這些高壓部件在碰撞中也可能會(huì)起火爆炸。各種高壓部件和線束在碰撞后有發(fā)生短路、漏電的風(fēng)險(xiǎn)，可能會(huì)與乘員發(fā)生直接或間接接觸從而引發(fā)電擊傷害。
2013年11月特斯拉ModelS在高速公路上碰撞拖車車鉤導(dǎo)致高壓電系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)，整輛車被燒的慘不忍睹。所以純電動(dòng)汽車的碰撞安全設(shè)計(jì)，除了乘員保護(hù)和電池結(jié)構(gòu)保護(hù)，還必須考慮高壓電安全問題。
純電動(dòng)車的高壓電系統(tǒng)要有合理的絕緣設(shè)計(jì)。例如從設(shè)計(jì)上要保證動(dòng)力電池二次絕緣，即電池組與箱體絕緣、電池箱體再次與車體絕緣；高壓電器外殼應(yīng)接地，確保人體可觸及的部位與人體是同一電位；車輛應(yīng)具備快慢充電口高壓隔離功能，實(shí)現(xiàn)充電時(shí)充電口不帶電。
電動(dòng)車的高壓系統(tǒng)要具備碰撞斷電功能，在車輛發(fā)生碰撞事故時(shí)，能夠自動(dòng)將危險(xiǎn)電壓隔離。目前純電動(dòng)車的碰撞斷電功能都是用氣囊ECU實(shí)現(xiàn)。碰撞發(fā)生時(shí)，氣囊ECU接收到碰撞傳感器的加速度信號(hào)，如果判斷應(yīng)點(diǎn)爆氣囊，同時(shí)發(fā)出氣囊點(diǎn)爆指令和斷電指令。但是因?yàn)闅饽尹c(diǎn)爆不涉及后碰工況，所以需要單獨(dú)開發(fā)后碰斷電功能，通常需要增加樣車以進(jìn)行后碰斷電標(biāo)定試驗(yàn)。
此外我們還需要從總布置和結(jié)構(gòu)防護(hù)兩個(gè)維度來考慮高壓電安全。高壓部件和高壓線纜盡量布置在碰撞吸能區(qū)域之外；高壓部件的沖擊、跌落、針刺、擠壓等性能要符合相關(guān)法規(guī)要求；高壓部件的外殼和支架要具備足夠的剛強(qiáng)度；整車結(jié)構(gòu)在碰撞時(shí)也應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓部件的有效防護(hù)。
電動(dòng)車艙內(nèi)大屏幕
巨大的中控屏幕是當(dāng)前純電動(dòng)車的趨勢(shì)。2013年特斯拉ModelS使用了17英寸大屏。從此大屏開始成為一種流行時(shí)尚，很多電動(dòng)車新興勢(shì)力也正不斷將其發(fā)揚(yáng)光大。例如拜騰汽車首款SUV采用了長(zhǎng)達(dá)1.25的屏幕，幾乎占據(jù)了整個(gè)儀表臺(tái)，甚至在方向盤中心還放了一塊屏幕，如圖5。
純電動(dòng)汽車的大屏雖然酷炫，但也是碰撞時(shí)的安全隱患。為保證剛強(qiáng)度和耐久性能，這些大屏都采用了堅(jiān)固的金屬后殼和金屬支架，比手持的iPad要?jiǎng)傆驳亩?。碰撞時(shí)大屏幕如果與乘員頭部發(fā)生接觸，就可能造成嚴(yán)重傷害。這些大屏通常很難通過GB11522《轎車內(nèi)部?jī)?nèi)凸物》中的規(guī)定的靜態(tài)測(cè)試，只能考慮動(dòng)態(tài)豁免，需要通過氣囊和安全帶的合理匹配，保證在各種碰撞工況下乘員的頭部不會(huì)與大屏發(fā)生撞擊。
拜騰的方向盤中心屏幕方案并沒有體現(xiàn)在量產(chǎn)車內(nèi)，但這種設(shè)計(jì)有可能是未來的趨勢(shì)。如果真的實(shí)現(xiàn)了方向盤屏幕，則主駕氣囊只能布置非常規(guī)位置，傳統(tǒng)的約束系統(tǒng)匹配思路就需要有顛覆性的改變。
碰撞安全性能開發(fā)思路的變化
1.整車結(jié)構(gòu)應(yīng)偏向于剛硬
如前述，純電動(dòng)汽車的前艙吸能空間并不高于燃油車，但整車質(zhì)量又高于燃油車，所以前縱梁必須設(shè)計(jì)的比燃油車剛硬；為了在碰撞時(shí)有效支撐前縱梁，前艙之后的結(jié)構(gòu)也要足夠剛硬；此外還需要考慮控制車體結(jié)構(gòu)變形，保證不擠壓到高壓器件。所以與燃油車相比，純電動(dòng)汽車的整車結(jié)構(gòu)應(yīng)該是明顯偏向剛硬的。
2.約束系統(tǒng)配置要求更高
理論上碰撞加速度的均值只與潰縮距離有關(guān)。也就是說，如果純電動(dòng)汽車的吸能空間與燃油車一致，即使純電動(dòng)汽車的質(zhì)量明顯大約燃油車，在同樣的碰撞初速度下兩者的平均加速度應(yīng)該也是一致的。
但實(shí)際上，如果我們?cè)O(shè)計(jì)同樣的前艙吸能空間，純電動(dòng)車的碰撞加速度會(huì)明顯高于燃油車。原因是純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)不僅要保護(hù)乘員，還要保護(hù)動(dòng)力電池，所以碰撞時(shí)乘員艙的變形量要求嚴(yán)于燃油車，這就相當(dāng)于減少了整體的吸能距離，導(dǎo)致加速度偏高。另外在偏置碰工況下，對(duì)于純電動(dòng)車和燃油車，可變形壁障都吸收的能量基本相等，但純電動(dòng)車的初始動(dòng)能大于燃油車。也就是說，對(duì)于純電動(dòng)汽車，可變形壁障吸收動(dòng)能的比例偏低，車體結(jié)構(gòu)吸收動(dòng)能的比例高于燃油車，也會(huì)導(dǎo)致加速度偏高。
一般說來，我們?cè)试S純電動(dòng)汽車的碰撞加速度OLC比同等級(jí)的燃油車高3.0-5.0g。在偏高的碰撞加速度下，我們需要提升約束系統(tǒng)的配置，以控制乘員的傷害值。例如預(yù)緊式安全帶，很多低端燃油車并未采用，但對(duì)于純電動(dòng)汽車，它應(yīng)該成為最基本的配置。
3.使用更多的主動(dòng)安全技術(shù)和智能化安全配置
主動(dòng)安全和智能化技術(shù)與純電動(dòng)汽車并無必然的聯(lián)系，燃油車一樣可以應(yīng)用。但是，特斯拉用大量智能化的黑科技吸引了眼球，國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)造車勢(shì)力也在推波助瀾，使消費(fèi)者的心理預(yù)期發(fā)生了變化。大部分消費(fèi)者認(rèn)為純電動(dòng)汽車?yán)懋?dāng)應(yīng)用更多的主動(dòng)安全和智能化技術(shù)，這種形勢(shì)下，碰撞安全開發(fā)人員如果提議在純電動(dòng)汽車上增加主動(dòng)安全和智能約束系統(tǒng)，比較容易得到車企的認(rèn)可。
