纯电动汽车碰撞安全性能开发（一）：纯电动车与燃油车的差异.pdf

异

概述

纯电动车相比燃油车，内燃机和变速器变成电机和减速器，而且

增加了巨大的动力电池系统，如图1。所以电动车在空间布置、重量分

布、高压电安全、动力电池防护等方面都与燃油车有很大差异。

纯电动汽车碰撞事故的后果有别于传统燃油车。纯电动车在碰撞

时不仅仅会造成车体变形和乘员机械伤害，碰撞还可能引起高压系统

的窜动、挤压、开裂、短路，从而发生漏电、热冲击、爆炸、燃烧等，

乘员就有可能受到电伤害、化学伤害、电池爆炸伤害以及燃烧伤害等。

既然纯电动汽车的碰撞安全特性不同于传统燃油汽车，我们开发

碰撞安全性能的思路和要点也需要相应改变。传统燃油车的碰撞安全

性能围绕着乘员开发，基本思路就是通过控制车体加速和变形量来降

低乘员的机械伤害。纯电动汽车的碰撞安全性能则要考虑乘员和动力

电池包两个关键点，不仅要关注乘员的伤害值。还要考虑动力电池在

碰撞时的安全防护。

1纯电动汽车的动力传动系统

2

空间布置的变化

电动机和减速器构成的动力总成体积比燃油车动力总成小，似乎

纯电动汽车的前舱吸能空间要大于燃油车。

可惜的是，纯电动汽车的发展趋势是尽量将前后悬缩短和加长轴

距，以便在地板下布置更大的平板电池，这就导致前舱空间被严重压

缩。而且高压配电盒、逆变器、DC-DC和充电器等体积比较大的部件

通常也都布置在前舱内，几乎将整个前舱占满。为保护内部电子元器

件和实现电磁屏蔽，这些部件通常都有刚硬的金属外壳，在碰撞中基

本无法变形，接近刚性体。

所以在通常情况下，电动汽车的前舱碰撞吸能空间不会好于传统

燃油车。图2展示了雪佛兰BOLT的前舱布置，整个前舱满满当当，

有效吸能空间非常少。

图2雪佛兰BOLT的前舱布置

对于油改电的车型，前悬和前舱空间保持跟原型车一致，没有被

缩减，但因为悬架和车身结构基本上是直接借用，不会根据新的动力

总成做适用性的改动，导致空间利用效率较低，再加上还要布置各种

高压元件和PTC等，最终的前舱吸能空间也不会高于原型燃油车。

纯电动车在总布置上的一个关键点是动力电池，通常动力电池布

置在地板下方。电池的前后和两侧都需要设计充分的防护结构和缓冲

空间。

前舱纵梁碰撞时的载荷不易向后传递，在正面碰撞时前纵梁根部容易

弯折并向后顶入乘员舱内，产生非常大的前壁板侵入量。

为保证动力电池的安全性，除了燃油车开发常用的正碰、偏置碰、

侧碰和后碰工况，还要考虑高速追尾和柱碰等整车工况，此外还应补

充刮底和托底等专门针对动力电池包的工况。其中侧面柱碰工况尤其

重要，原因是纯电动车在事故中与路边树木和电线杆相撞的后果会更

加严重，会造成电池包的剧烈挤压、变形，导致起火爆炸。

3

质量和质心的变化

纯电动车在地板下方布置了一块重达数百公斤的动力电池，所以

整车质量要比同尺寸的燃油车增加20%以上，碰撞时初始动能远大于

燃油车。但由于前部吸能空间并不大于燃油车，纵梁截面也无法显著

加大，所以车体结构设计难度增加。

此外，纯电动车的动力总成比燃油车轻，整车增加的质量分布在

前壁板后方，即动力总成之后。车辆在正面碰撞时，动力总成撞击到

壁障后动能降为0，整车总动能迅速降低，因纯电动车在动力总成之后

的质量大于燃油车较多，剩余动能较大，对车身结构造成较大负担。

纯电动汽车质量增加且质心后移，使车体碰撞吸能特性与燃油车

有较大差异，设计车身结构时要考虑以下几点：

1.纯电动汽车应加强纵梁前段的吸能效率，使动力总成接触壁障

停止时的速度不大于传统车。

2.纯电动车动力总成与前壁板之间的溃缩空间应大于燃油车，必

要时宁可牺牲一点动力总成前方的吸能空间。

3.纯电动车纵梁中后段（电动机与前壁板间）的强度必须明显大

于燃油车原型，还要能够充分变形，防止能量集中在纵梁根部与车身。

因为动力电池通常放在地板下方，使整车的质心降低，整车质心Z

向高度更接近前纵梁中线。整车质心降低是否对碰撞性能有利并无定

论。有研究者认为质心低能够得到更好的碰撞加速度波形；也有研究

者用数值模拟得到了质心低有利于100%正碰但不利于40%偏置碰的

以提升前纵梁的吸能效率。

燃油车的整车质心一般比前纵梁中线要高出