来源 | 汽车材料网

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引言：21世纪新能源汽车作为世界各国重要发展方向，纯电动汽车作为绝对主力全球市场占比逐年稳增，较保守的估计二零二五年年销量将达五百多万辆以上。最近几年来电动汽车起火事故频频发生，其安全性能成为广大消费者及行业重要关注焦点之一。据综合统计调查，如图1所示，电动汽车因为碰撞导致电池包短路而引起的火灾占比达百分之十四。开展车用电池包底部碰撞安全性研究势在必行，提高整车电池包安全性已是行业共识。目前行业相关组织机构已展开新能源汽车底部碰撞的相关研究，且已有部分可供参考的规范及标准。2021年12月30日中国汽车工程学会发布并实施编号为T/CASE244的团体标准，文中明确了关于整车电池包底部碰撞的具体工况及评价标准。2022年4月8日中国汽车技术研究中心有限公司成功举办2022年汽车测评国际峰会暨C-NCAP年会，会议中规划了未来关于新能源车电池包底部碰撞的一些具体研究路线及方法。部分研究也表明，整车电池包底部碰撞主要包括向上撞击和水平撞击。目前电动汽车起火事故频发，主要原因是电池包安全性不足，为提升整车电池包安全性本文展开了相关研究。基于上述整车电池包底部碰撞行业研究背景下，本文结合试验对整车电池包底部碰撞多个工况多款电池包进行了高精度仿真分析，并对相关工况及应对策略开展详细研究。

传统整车工况如正碰、侧碰等与整车电池包底部碰撞工况关注有所不同，前者主要受整车水平各方向刚度的影响，而后者主要受整车垂直方向刚度的影响。因此，基于传统整车模型需对影响整车垂直方向刚度的结构及参数重新校正。

静置整车垂直方向做受力如图3所示，G与F1+F2保持受力平衡，G为重力，F1、F2分别为地面对前、后轮的支撑力。整车受力及传力路径如图4所示，前轮通过F1传力至减震器（F1-1）、转向拉杆（F1-2）、传动轴（F1-3）及前悬摆臂（F1-4），其中F1-1直接传力至车身，F1-2、F1-3及F1-4传力至副车架，副车架传力至车身；后轮通过F2传力至减震器（F2-1）、弹簧（F2-2）及纵臂（F2-3）及前悬摆臂（F2-4），F2-1、F2-2及F2-3最终均传力至车身。

本文共涉及4个工况、3款电池包，如全部进行需共计12次试验，项目成本巨大。因此，前期策划进行部分试验验证仿真模型，使得仿真模型的精度及可靠性有保证的前提下再进行全工况仿真分析。

根据对工况3仿真与试验结果的对比情况，如图5所示，试验电池包底板垂直侵入3.9mm仿真3.5mm，底板的损伤程度仿真与试验基本相同。如图6所示，电池包与障碍物的接触力峰值及曲线走势仿真与试验基本相同。

通过上文，验证了仿真模型的精度及可靠性，现根据各工况要求进行整车仿真分析。重点考察各电池包模组垂直方向最大侵入及液冷板的塑性应变评估电池包安全性。结果汇总如图7。根据仿真分析结果进行详细解析，总结以下几点主要内容：

1）在各工况下各电池包模组侵入均较小。得益于电池包底部多层结构及框架有效保护。

2）电池包1在各工况下液冷板塑性应变均较小。得益于电池包1的液冷板为分块式嵌入在框架底部，在工况1、2、3中电池包框架先于液冷板受撞，对液冷板起到了较好的保护作用。

3）电池包2及3在工况1下液冷板塑性应变均较小。得益于工况1中，车辆前行壁障先与副车架底部发生碰撞，之后与电池包框架发生碰撞，对液冷板起到很好的缓冲及保护作用。

4）电池包2及3在工况2、3、4下液冷板塑性应变均较大，存在电池包液冷系统及气密性受损风险，电池包继续使用或充放电存在热失控风险。其主要原因在于电池包2及3的液冷板扣在底板上且与框架同边界，障碍物撞击框架的同时也撞击到液冷板，从而导致液冷板损伤较严重。

根据各工况仿真分析结果，以及结合项目实际可行性，总结整车电池包底部安全应对策略，具体描述如以下几点：

1）电池包框架设计，边框截面尽可能设计为“L”型，中间尽可能布置多的横梁，横梁截面尽可能设计为“⊥”字型，设计遵从框架在电池包底面投影所占面积越大越好。