近年來,融合多種高新技術而興起的純電動汽車有望成為21世紀的重要交通工具。在這個領域,中國與國外技術水平與產業化的差距相對較小,有可能在世界汽車工業新一輪競爭中實現跨越式發展,取得有利地位。為此,科技部在“十五”863計劃中設立了電動汽車重大專項,并將新能源汽車納入到“中國制造2025”戰略略規劃當中,制定了電動汽車一系列規劃,并聯合企業、高等院校和科研機構,力爭在電動汽車關鍵技術、系統集成技術及整車產業化技術上取得重大突破,掌握知識產權,并促進國內電動汽車研發體系、人才隊伍的形成和壯大。
經過這些年的發展,中國在電動汽車領域也是收獲頗豐,過去2018年,新能源汽車銷量達到了125.6萬輛,截至到2018年全國新能源汽車保有量達261萬輛。在車企方面,傳統汽車轉型升級、造車新勢力的不斷涌現,形成中國汽車業百花齊放的繁榮景象。同時,新能源汽車在車整體工藝、制造水平、續航里程、核心技術都取得了重大突破,迎來了比亞迪、北汽、蔚來等一些比較具有代表性的車企。
接下來,小編就從電池包空間布置形式的角度來分析一下電動汽車車身結構的發展路線。首先,電動汽車用電機取代了傳統的發動機作為動力輸出源,并增加了電池管理系統,由電池包給電機供電驅動車輛工作。但由于電池包體積大,重量重,很難在整車上找到非常完美的安裝空間;發展初期,電動汽車還沒有屬于自己的專屬開發平臺,大部分是基于傳統燃油車架構進行改裝的。由于結構不同,出現了各式各樣形狀的電池包,存放位置也各不相同,小編找了幾個比較具有代表性的電池包重點講一下。
電池包空間布置形式的發展路線
一、分體式電池包
早期的江淮同悅系列,就是采用分體式的電池包,由兩個電池包組合而成,一個放在原來油箱的位置,而另一個放在后尾箱用來存放備胎的位置,所以早期很多電動汽車都是沒有備胎的,因為他們壓根沒有位置來存放。
江淮同悅 分體式電池包
二、工字型和T字形電池包
寶馬之諾1E 工字型電池包
華晨寶馬之諾1E純電動汽車就有在寶馬X1車型的基礎上打造的,電池包形狀為工字型,并且充分挖掘可以利用的布置空間,前后串聯前部、中部和后部三個電池單元,這樣可以讓前后軸負荷分配更加合理,車輛擁有更低的重心,提高車輛在碰撞發生時的安全系數。
Volt T字形電池包
由于雪佛蘭沃藍達(Volt)是一款增程式電動車,因此發動機和油箱仍然保留。Volt采用T字形電池包布置,充分利用了去掉變速箱和傳動軸后的空間和后排座位下面的空間。
三、土字形電池包
e-Golf 土字形電池包
2015版e-Golf電池包是一個典型的“土”字形結構。2016年起,大眾選用新的三元鋰電池,電池包在原有體積不變的情況下,整車的續航里程從134公里提升至200公里。
上面幾款車都是在傳統燃油車基礎上做了非常小的改動,空間非常有限,能夠裝載的電池包體積和重量都受限,因此容量不大,續航里程也有限。
要想進一步提升整車的續航里程,除了在車輛輕量化方面下功夫以外,就必須要增加電動汽車的存儲電量,可以從兩個方面入手:提高電池包的能量密度和設計可以存放更大電池包的儲存空間,從而達到增大續航的目的。
眾所周知,提升電池包的能量密度是需要非常長的周期和技術積累的,受制于動力電池技術的進步速度,很難在短時間內大幅度改善。很多車企就從整車上面挖掘更多的空間來裝載電池,從而提升電動汽車的續航里程。
近年來,電動汽車市場競爭日趨激烈,國內不斷有造車新勢力向傳統車企發起挑戰,國際上也涌現出特斯拉、豐田、本田等實力強勁的車企進一步搶奪國內市場。在這種大環境下,國內車企不斷發力,在技術積累和設計理念上面有了新的突破,各大車企開始正向開發屬于自己的電動汽車平臺,于是,一體式(滑板式)電池包就誕生了。
四、一體式(滑板式)電池包
這是一種全新的產品設計思路,整車的設計需要圍繞核心零部件電池包來展開,將電池包進行模塊化設計,平鋪在車輛的底盤上,以最大限度獲得可用空間,調整整車的重心位置,同時還可以利用電池包的結構來加強底盤的強度和剛度,也可以利用整車的框架強化對電池包的結構防護,所謂雙管齊下,安全防護性能大大提高。
一體式電池包
最早采用這種方案來做整車設計的是Tesla,在暢銷的Model S和Model X車型上,Tesla都采用了電池包和底盤的一體化設計。
特斯拉 一體式電池包
在特斯拉的成功指引下,國內車企也紛紛跟進,推出了自己的一體式電動汽車產品解決方案。
比亞迪唐 一體式電池包
蔚來ES6 一體式電池包
為什么越來越多的電動汽車都將電池包設計底盤?
從電池包的空間布置形式發展路線,我們可以發現,電池包的布置形式設計發生根本性的改變,電池包從前期考慮如何增加續航到現在考慮空間的合理性、一體性和安全性;從原先與傳統燃油汽車共用平臺到基于純電平臺正向開發,可以說有了一個質的飛躍。
從電池包的布置上分析,需要考慮以下幾個方面:
1、要盡可能的在有限的空間內,布置更多的電量,這樣才能達到更大的續航里程,減少充電的頻次;
2、要充分考慮電池包的位置對整車安全性能是否構成影響,比如在發生碰撞、翻滾、跌落等極端情況下,電池包是否容易擠壓變形,發生短路導致引起起火和爆炸;
3、要充分考慮電池包的重量和形狀對整車結構壽命的影響,因為電池包的重量通常達到數百公斤,給整車的底盤和懸掛帶來很大的靜態載荷和動態載荷,在長時間的振動、沖擊條件下,很容易引起整車機械部分的疲勞損傷,降低壽命。
4、要充分考慮電池包的散熱條件,尤其是在高溫工作條件和高電氣載荷工作條件下,電池包會產生大量的熱量,如果散熱條件不理想,或者靠近熱源,會引起電池包的壽命加速衰減;
5、電池包在整車的安裝位置,還會影響到整車的軸荷分配和重心,進而影響到整車的駕乘體驗和舒適性。
電池包為什么不能位于車身頭部和尾部?
第一、影響行駛品質和存儲空間;我們知道,電動汽車的電池是很重的,有些車型可以占到車身比重的一半以上。這么重的電池包放在車頭處,會讓車輛的駕駛體驗感變差,影響車身穩定性;比如在上坡的時候會影響前后輪的抓地力。其次,由于汽車的前輪還擔負了轉向的作用,如果前軸負荷過大,會導致轉向不夠靈敏。而電池包位于尾部的話,會影響后尾箱的存儲空間,當電動汽車追尾時也會有一定的安全隱患,所以基本上不會采取這種設計。
第二、安全因素;絕大多數的車禍,最容易遭到碰撞的是車頭和車尾處,而電池包與內燃機不同,里面含有大量化學物質,在遭受沖擊容易引起電池短路,有燃燒爆炸的風險。
所以說為了行駛品質和安全,電動汽車的電池包也不會放到車頭或車尾。
當然了,滑板式設計并不是就沒有缺點。首先電池離地面過近,可能會導致電池底部受到尖銳物體沖擊而損壞;其次在車輛涉水能力上也要打些折扣,雖然電池包做了防水設計,但還達不到完全防水的能力;最后地臺雖然可以做到全平,但是后排的整體坐姿會升高,也一定程度上影響了乘坐體驗,除非空間足夠大。
全文小結
基于以上幾點可以發現,將電池做成一體式(滑板式)置于車身底部無疑是目前最合理的做法。采用滑板式電池包可以讓車輛重心更低,易于操控,而電池組也不會占用太多車內空間。同時電機和其他電子器件也放在軸的高度,這樣一來,行李箱空間也得到了保證,而且車內后排的地臺也能做到純平,與此同行,車上人員安全也得到了保證。
其實,歸根結底,以電池為主要儲能方式的電動汽車仍然具有先天缺陷,是新能源汽車在當今時代的一種過渡產品。只有當電機和電池技術有重大突破時,電動汽車的整體體驗才會越做越好。