張 軍

（江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 江陰 214005）

隨著科學(xué)發(fā)展觀的不斷深入推進(jìn)，我國(guó)綠色新能源的引用也愈加的廣泛，作為日漸重要的出行工具—汽車(chē)，其綠色能源的引用被不斷重視和研究。在廣大技術(shù)科研人員的努力和研究下，電動(dòng)汽車(chē)得到了不斷的發(fā)展，從當(dāng)前的成果來(lái)看，混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)的技術(shù)已經(jīng)較為成熟，相應(yīng)的車(chē)型也投入了使用，但純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展卻始終無(wú)法大規(guī)模推廣和運(yùn)用，這主要是由于相關(guān)技術(shù)不成熟，這其中電池箱的總成布置是一個(gè)重要的方面。

1 純電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展及研究現(xiàn)狀

純電動(dòng)汽車(chē)是完全使用電力作為動(dòng)力的機(jī)動(dòng)車(chē)，具有低排放、零污染、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能源來(lái)源廣泛且使用率較高，但同時(shí)也存在著能量不足，行駛里程有限的缺陷。純電動(dòng)汽車(chē)早在一百年前就已經(jīng)出現(xiàn)，但受限于電池技術(shù)，一直沒(méi)有得到大的突破，相應(yīng)的發(fā)展也較為緩慢，但隨著能源的緊缺和環(huán)境污染的加重，各國(guó)政府紛紛將電動(dòng)汽車(chē)作為重要的發(fā)展方向，并出臺(tái)相關(guān)的扶持政策，如美國(guó)在2013年發(fā)布的電動(dòng)汽車(chē)普及計(jì)劃藍(lán)圖，預(yù)期在2022年實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)上的突破。

然而，在世界各國(guó)電動(dòng)汽車(chē)研究發(fā)展如火如荼時(shí)，純電動(dòng)汽車(chē)的部分技術(shù)難題還是沒(méi)有得到解決，特別是電池、驅(qū)動(dòng)和整車(chē)輕量化等技術(shù)難題，這些問(wèn)題一直制約著純電動(dòng)汽車(chē)的推廣和使用。以電池技術(shù)為例，當(dāng)前的技術(shù)續(xù)航里程在200～300公里之間，速度也受到了一定的限制，主要在于電池的大小和功率輸出難以得到很好解決，使得當(dāng)前純電動(dòng)汽車(chē)更多地運(yùn)用于城市公共交通和近距離的使用當(dāng)中，無(wú)法形成對(duì)當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)動(dòng)車(chē)的完全替代。

2 純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池箱總成布置

純電池汽車(chē)的推廣和使用需要解決電池技術(shù)，作為電池技術(shù)的重要組成部分，電池箱的設(shè)計(jì)和布置就極為重要，這對(duì)汽車(chē)整車(chē)的各種性能都會(huì)有較大的影響。

（1）電池箱總成布置。電池箱的總成布置，不僅需要滿足汽車(chē)動(dòng)力的輸出需求，也要確保汽車(chē)各個(gè)方面的性能。從當(dāng)前的汽車(chē)動(dòng)力性能來(lái)看，純電動(dòng)汽車(chē)在以下關(guān)鍵技術(shù)的表現(xiàn)需要達(dá)到如表1所示參數(shù)，為了達(dá)到這些技術(shù)參數(shù)，電池組動(dòng)力需要經(jīng)過(guò)相應(yīng)的設(shè)計(jì)，據(jù)相關(guān)的公布數(shù)據(jù)來(lái)看，滿足此參數(shù)的電池組質(zhì)量應(yīng)該在300kg。

表1 純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力參數(shù)

從汽車(chē)的裝配來(lái)看，汽車(chē)電池箱不僅需要保護(hù)汽車(chē)動(dòng)力電池組的安全，對(duì)汽車(chē)整車(chē)的性能影響也要考慮在內(nèi)。具體而言，電池箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既要滿足電池動(dòng)力組固定、防水、防塵、散熱等的需求，還需要考慮其大小、硬度、材料、接口和拆卸便捷性等各方面的問(wèn)題，因此，對(duì)電池箱的設(shè)計(jì)，采取箱型邊框式結(jié)構(gòu)，主要由下箱體、支撐橫梁、上箱體和側(cè)圍邊框3個(gè)部分組成。①下箱體和支撐橫梁作為電池動(dòng)力組的支撐，材料要考慮其剛性和強(qiáng)度，在材料搭建上也要考慮加固的結(jié)構(gòu)方式，同時(shí)，在防塵散熱上也要考慮在內(nèi)，增加散熱孔，增加箱體內(nèi)部空氣流動(dòng)，保持箱內(nèi)溫度平衡；②側(cè)圍邊框是固定和防護(hù)電池動(dòng)力組的關(guān)鍵，特別是縱向邊框，需要承受極限情況下的力量沖擊，因此，在材料和部件搭建上要著重考慮，通過(guò)加厚鋼板和增加肋板結(jié)構(gòu)的支撐，使側(cè)圍邊框更加牢固可靠；③上箱體所需承受的動(dòng)力電池組的力量不大，更多的是密封防護(hù)的作用，因此在設(shè)計(jì)上更多的是關(guān)注防護(hù)的功能，同時(shí)注意散熱，另外在接口預(yù)留上也要合理設(shè)計(jì)，并通過(guò)支撐架對(duì)接口位置進(jìn)行加固，確保電池動(dòng)力組的穩(wěn)固。在電池箱與整車(chē)的其他部件結(jié)合處，用密封膠密封，使電池箱與汽車(chē)其他部件緊密相連，整體的電池箱設(shè)計(jì)尺寸為：1800mm*1050mm*175mm。

（2）車(chē)輛總成布置對(duì)電池箱的放置影響。車(chē)輛的總成布置受很多結(jié)構(gòu)及零部件的影響（如圖1所示），從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，車(chē)身及副車(chē)架的性能是各個(gè)系統(tǒng)的相互總成形成，且各個(gè)系統(tǒng)有一定的關(guān)聯(lián)。

圖1 整車(chē)結(jié)構(gòu)關(guān)系圖

電池箱作為整車(chē)中質(zhì)量較大的部件，其位置布置對(duì)車(chē)輛整體性能有較大的影響，從車(chē)輛的空間布置來(lái)看，電池箱智能置于底盤(pán)之上，在具體的位置擺放上，受到車(chē)輛其他總成系統(tǒng)部件的影響。①動(dòng)力總成系統(tǒng)，動(dòng)力總成與電池箱的位置關(guān)系在于動(dòng)力的傳送和消耗動(dòng)力的情況，通常而言，電池箱越往前置，對(duì)于汽車(chē)的動(dòng)力會(huì)越有利，但也存在前橋質(zhì)量過(guò)大，整車(chē)前后質(zhì)量不平衡的問(wèn)題，最終又影響了動(dòng)力系統(tǒng)的均衡穩(wěn)定，影響整車(chē)行駛安全；②轉(zhuǎn)向總成系統(tǒng)，具體表現(xiàn)為與前后胎的位置關(guān)系，電池箱位置的不同對(duì)車(chē)輛轉(zhuǎn)向靈活性來(lái)講具有較大的影響，具體而言是會(huì)影響到車(chē)輛輪胎的性能和行駛安全，但相關(guān)的模擬研究數(shù)據(jù)表明，電池箱對(duì)其影響有限，不會(huì)產(chǎn)生根本性的變化；③前懸總成和后懸總成也是受到車(chē)輪總成的影響，對(duì)于電池箱具體的位置而言，最大的問(wèn)題在于如何確定合適的具體位置，保證車(chē)輛整體的平衡，使得整車(chē)能夠平衡、穩(wěn)定行駛，確保汽車(chē)性能的保持。對(duì)前懸總成而言，電池箱的放置對(duì)車(chē)輪外傾角、車(chē)輪前束角、主銷(xiāo)后傾角、主銷(xiāo)內(nèi)傾角等方面都會(huì)產(chǎn)生一定的影響，但也還是能夠支持電池箱的放置要求。

基于電池箱及電池動(dòng)力組的質(zhì)量，整車(chē)的質(zhì)心位置相對(duì)燃油版汽車(chē)而言會(huì)發(fā)生一定的變化，具體而言，質(zhì)心向后向下移動(dòng)了，如表2所示。因此，對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)而言，電池箱的總成布置對(duì)汽車(chē)整體產(chǎn)生了較大的影響。

表2 車(chē)身系數(shù)

（3）電池箱總成布置對(duì)汽車(chē)的影響。電箱總成布置會(huì)影響汽車(chē)的多個(gè)方面，具體而言有以下3個(gè)方面：①對(duì)整車(chē)質(zhì)量和車(chē)輛質(zhì)心的影響。與傳統(tǒng)的內(nèi)燃動(dòng)力車(chē)相比，純電動(dòng)汽車(chē)的質(zhì)量受電池質(zhì)量的影響，整車(chē)質(zhì)量將更大，這對(duì)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生較大的影響，在電池質(zhì)量占到汽車(chē)質(zhì)量20%～30%的情況下，車(chē)輛的重心也會(huì)發(fā)生變化，這對(duì)于車(chē)輛的各個(gè)系統(tǒng)的部件位置也會(huì)產(chǎn)生一定的影響；②對(duì)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生一定的影響。汽車(chē)的各個(gè)系統(tǒng)環(huán)節(jié)是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的，在電池箱加入汽車(chē)整體后，因質(zhì)量的變化必然會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛輪胎、底盤(pán)、各部件負(fù)荷的變化，這會(huì)使得車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性發(fā)生變化，會(huì)產(chǎn)生不同的駕駛體驗(yàn)；③對(duì)汽車(chē)各個(gè)總成系統(tǒng)的影響。汽車(chē)的零部件繁多，組成的系統(tǒng)也極其復(fù)雜，電池箱的變化不僅僅是其中一個(gè)零部件的變化，更有相關(guān)各種零件的更迭，如電路將變得更加重要和復(fù)雜，油路對(duì)汽車(chē)的影響就完全消失，這對(duì)于汽車(chē)的零部件而言，也是一次重新的重組和洗牌。

3 電池箱總成的優(yōu)化

純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池箱的布置對(duì)整車(chē)影響最為深遠(yuǎn)的應(yīng)為汽車(chē)操作穩(wěn)定性，特別是汽車(chē)高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性是電池箱布置優(yōu)化急需重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。從前文的分析中，可以發(fā)現(xiàn)，電池動(dòng)力組和電池箱的布置對(duì)汽車(chē)的質(zhì)量、重心產(chǎn)生了較大的影響，相應(yīng)地，影響操縱穩(wěn)定性的因素也就是重心高度、前后位置和載荷。因此，基于操作穩(wěn)定性進(jìn)行電池箱總成的優(yōu)化。

（1）汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的影響因素分析。純電動(dòng)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性受到3個(gè)因素的影響：①整車(chē)的重心高度降低，而這對(duì)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性其實(shí)更為有利，操縱更為安全，車(chē)輛的舒適度也會(huì)有所增加，因此，電池箱置于下部從車(chē)輛操縱角度而言，更為合理；②重心的前后位置變化，重心的前移對(duì)于車(chē)輛加速、車(chē)輛的瞬態(tài)響應(yīng)性能會(huì)有較大的提升，但也不能過(guò)于前置，否則容易引起車(chē)輛制動(dòng)性能的不足，因此，適當(dāng)?shù)那爸脤?duì)于純電動(dòng)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定會(huì)有更好的表現(xiàn)；③車(chē)輛負(fù)荷，也就是車(chē)輛的質(zhì)量，相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，受當(dāng)前技術(shù)的原因，整車(chē)質(zhì)量的小幅度降低對(duì)車(chē)輛操縱穩(wěn)定的影響并不太大，因此，對(duì)其考慮可暫時(shí)忽略。

（2）電池箱總成優(yōu)化。①對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)的電池質(zhì)量和組別應(yīng)以滿足車(chē)輛性能需求為主。電池是車(chē)輛的動(dòng)力所在，也是純電動(dòng)汽車(chē)存在的根本，因此，對(duì)于電池箱總成而言，首先必須確保能夠滿足汽車(chē)的性能，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行其他性能的調(diào)整和優(yōu)化。因此，電池箱的尺寸設(shè)計(jì)為：1800mm*1050mm*175 mm，質(zhì)量300kg，電池箱有固定和保護(hù)的下箱體、支撐橫梁、上箱體和側(cè)圍邊框四個(gè)部分組成，選材優(yōu)先考慮剛性和硬度；②針對(duì)性的精確電池箱放置位置。電池箱的布置影響整車(chē)質(zhì)心的上下、前后變化，因此，對(duì)電池箱位置的布置大致方位可以確認(rèn)在下方靠前位置，而最終精確位置的確定，需要結(jié)合車(chē)況性能進(jìn)行準(zhǔn)確的模擬分析，以確保純電動(dòng)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性，讓汽車(chē)性能更加適用；③優(yōu)化與車(chē)輛底盤(pán)的連接。車(chē)輛底盤(pán)和與電池箱的連接也是電池箱總成的重要方面，相關(guān)研究表明，降低車(chē)輛底盤(pán)的側(cè)向剛度和垂直彎度剛度，不一味地增加其剛度固化，能夠優(yōu)化純電動(dòng)汽車(chē)的電池箱總成；同時(shí)，在連接方面，也并不是越多的連接點(diǎn)越好，相反，通過(guò)四點(diǎn)連接，并對(duì)連接點(diǎn)進(jìn)行四中配置，能夠大大優(yōu)化電池箱與車(chē)輛底盤(pán)的連接效果。

4 結(jié)語(yǔ)

考慮到純電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)、研究成本，現(xiàn)階段的純電動(dòng)車(chē)研究大多基于現(xiàn)有車(chē)輛改裝，因此，很多的技術(shù)參數(shù)是基于現(xiàn)有汽車(chē)數(shù)據(jù)而來(lái)，純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展也是基于現(xiàn)有汽車(chē)技術(shù)之上而不斷發(fā)展。在電池箱的總成布置分析中，對(duì)汽車(chē)工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)有所優(yōu)化，也相信在這一技術(shù)的推動(dòng)促進(jìn)下，能夠?yàn)槲覈?guó)純電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)發(fā)展提供一些思路。

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