浅析|为什么越来越多的电动汽车都将电池包设计在底盘?原来大有深意

  • 原创
  • 2019-02-28 18:47
  • 来源:电车资源 杨丰华

摘要:近年来,融合多种高新技术而兴起的纯电动汽车有望成为21世纪的重要交通工具。在这个领域,中国与国外技术水平与产业化的差距相对较小,有可能在世界汽车工业新一轮竞争中实现跨越式发展,取得有利地位。

电车资源讯:

近年来,融合多种高新技术而兴起的纯电动汽车有望成为21世纪的重要交通工具。在这个领域,中国与国外技术水平与产业化的差距相对较小,有可能在世界汽车工业新一轮竞争中实现跨越式发展,取得有利地位。为此,科技部在“十五”863计划中设立了电动汽车重大专项,并将新能源汽车纳入到“中国制造2025”战略略规划当中,制定了电动汽车一系列规划,并联合企业、高等院校和科研机构,力争在电动汽车关键技术、系统集成技术及整车产业化技术上取得重大突破,掌握知识产权,并促进国内电动汽车研发体系、人才队伍的形成和壮大。

经过这些年的发展,中国在电动汽车领域也是收获颇丰,过去2018年,新能源汽车销量达到了125.6万辆,截至到2018年全国新能源汽车保有量达261万辆。在车企方面,传统汽车转型升级、造车新势力的不断涌现,形成中国汽车业百花齐放的繁荣景象。同时,新能源汽车在车整体工艺、制造水平、续航里程、核心技术都取得了重大突破,迎来了比亚迪、北汽、蔚来等一些比较具有代表性的车企。

接下来,小编就从电池包空间布置形式的角度来分析一下电动汽车车身结构的发展路线。首先,电动汽车用电机取代了传统的发动机作为动力输出源,并增加了电池管理系统,由电池包给电机供电驱动车辆工作。但由于电池包体积大,重量重,很难在整车上找到非常完美的安装空间;发展初期,电动汽车还没有属于自己的专属开发平台,大部分是基于传统燃油车架构进行改装的。由于结构不同,出现了各式各样形状的电池包,存放位置也各不相同,小编找了几个比较具有代表性的电池包重点讲一下。

电池包空间布置形式的发展路线

一、分体式电池包

早期的江淮同悦系列,就是采用分体式的电池包,由两个电池包组合而成,一个放在原来油箱的位置,而另一个放在后尾箱用来存放备胎的位置,所以早期很多电动汽车都是没有备胎的,因为他们压根没有位置来存放。

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江淮同悦 分体式电池包

二、工字型和T字形电池包

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宝马之诺1E 工字型电池包

华晨宝马之诺1E纯电动汽车就有在宝马X1车型的基础上打造的,电池包形状为工字型,并且充分挖掘可以利用的布置空间,前后串联前部、中部和后部三个电池单元,这样可以让前后轴负荷分配更加合理,车辆拥有更低的重心,提高车辆在碰撞发生时的安全系数。

浅析|为什么越来越多的电动汽车都将电池包设计底盘?原来大有深意

图片4.jpg

Volt  T字形电池包

由于雪佛兰沃蓝达(Volt)是一款增程式电动车,因此发动机和油箱仍然保留。Volt采用T字形电池包布置,充分利用了去掉变速箱和传动轴后的空间和后排座位下面的空间。

三、土字形电池包

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e-Golf 土字形电池包

2015版e-Golf电池包是一个典型的“土”字形结构。2016年起,大众选用新的三元锂电池,电池包在原有体积不变的情况下,整车的续航里程从134公里提升至200公里。

上面几款车都是在传统燃油车基础上做了非常小的改动,空间非常有限,能够装载的电池包体积和重量都受限,因此容量不大,续航里程也有限。

要想进一步提升整车的续航里程,除了在车辆轻量化方面下功夫以外,就必须要增加电动汽车的存储电量,可以从两个方面入手:提高电池包的能量密度和设计可以存放更大电池包的储存空间,从而达到增大续航的目的。

众所周知,提升电池包的能量密度是需要非常长的周期和技术积累的,受制于动力电池技术的进步速度,很难在短时间内大幅度改善。很多车企就从整车上面挖掘更多的空间来装载电池,从而提升电动汽车的续航里程。

近年来,电动汽车市场竞争日趋激烈,国内不断有造车新势力向传统车企发起挑战,国际上也涌现出特斯拉、丰田、本田等实力强劲的车企进一步抢夺国内市场。在这种大环境下,国内车企不断发力,在技术积累和设计理念上面有了新的突破,各大车企开始正向开发属于自己的电动汽车平台,于是,一体式(滑板式)电池包就诞生了。

四、一体式(滑板式)电池包

这是一种全新的产品设计思路,整车的设计需要围绕核心零部件电池包来展开,将电池包进行模块化设计,平铺在车辆的底盘上,以最大限度获得可用空间,调整整车的重心位置,同时还可以利用电池包的结构来加强底盘的强度和刚度,也可以利用整车的框架强化对电池包的结构防护,所谓双管齐下,安全防护性能大大提高。

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一体式电池包

最早采用这种方案来做整车设计的是Tesla,在畅销的Model S和Model X车型上,Tesla都采用了电池包和底盘的一体化设计。

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特斯拉 一体式电池包

在特斯拉的成功指引下,国内车企也纷纷跟进,推出了自己的一体式电动汽车产品解决方案。

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比亚迪唐 一体式电池包

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蔚来ES6 一体式电池包

为什么越来越多的电动汽车都将电池包设计在底盘?

从电池包的空间布置形式发展路线,我们可以发现,电池包的布置形式设计发生根本性的改变,电池包从前期考虑如何增加续航到现在考虑空间的合理性、一体性和安全性;从原先与传统燃油汽车共用平台到基于纯电平台正向开发,可以说有了一个质的飞跃。

从电池包的布置上分析,需要考虑以下几个方面:

1、要尽可能的在有限的空间内,布置更多的电量,这样才能达到更大的续航里程,减少充电的频次;

2、要充分考虑电池包的位置对整车全性能是否构成影响,比如在发生碰撞、翻滚、跌落等极端情况下,电池包是否容易挤压变形,发生短路导致引起起火和爆炸;

3、要充分考虑电池包的重量和形状对整车结构寿命的影响,因为电池包的重量通常达到数百公斤,给整车的底盘和悬挂带来很大的静态载荷和动态载荷,在长时间的振动、冲击条件下,很容易引起整车机械部分的疲劳损伤,降低寿命。

4、要充分考虑电池包的散热条件,尤其是在高温工作条件和高电气载荷工作条件下,电池包会产生大量的热量,如果散热条件不理想,或者靠近热源,会引起电池包的寿命加速衰减;

5、电池包在整车的安装位置,还会影响到整车的轴荷分配和重心,进而影响到整车的驾乘体验和舒适性。

电池包为什么不能位于车身头部和尾部?

第一、影响行驶品质和存储空间;我们知道,电动汽车的电池是很重的,有些车型可以占到车身比重的一半以上。这么重的电池包放在车头处,会让车辆的驾驶体验感变差,影响车身稳定性;比如在上坡的时候会影响前后轮的抓地力。其次,由于汽车的前轮还担负了转向的作用,如果前轴负荷过大,会导致转向不够灵敏。而电池包位于尾部的话,会影响后尾箱的存储空间,当电动汽车追尾时也会有一定的安全隐患,所以基本上不会采取这种设计。

第二、安全因素;绝大多数的车祸,最容易遭到碰撞的是车头和车尾处,而电池包与内燃机不同,里面含有大量化学物质,在遭受冲击容易引起电池短路,有燃烧爆炸的风险。

所以说为了行驶品质和安全,电动汽车的电池包也不会放到车头或车尾。

当然了,滑板式设计并不是就没有缺点。首先电池离地面过近,可能会导致电池底部受到尖锐物体冲击而损坏;其次在车辆涉水能力上也要打些折扣,虽然电池包做了防水设计,但还达不到完全防水的能力;最后地台虽然可以做到全平,但是后排的整体坐姿会升高,也一定程度上影响了乘坐体验,除非空间足够大。

全文小结

基于以上几点可以发现,将电池做成一体式(滑板式)置于车身底部无疑是目前最合理的做法。采用滑板式电池包可以让车辆重心更低,易于操控,而电池组也不会占用太多车内空间。同时电机和其他电子器件也放在轴的高度,这样一来,行李箱空间也得到了保证,而且车内后排的地台也能做到纯平,与此同行,车上人员安全也得到了保证。

其实,归根结底,以电池为主要储能方式的电动汽车仍然具有先天缺陷,是新能源汽车在当今时代的一种过渡产品。只有当电机和电池技术有重大突破时,电动汽车的整体体验才会越做越好。

(文/电车资源 杨丰华)

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