王佳琪，盧鑫，王文濤

（1.上海集度汽車有限公司，上海 201800；2.威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣州 510663）

引言

近年來，新能源汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，銷量極速增長(zhǎng)的同時(shí)也暴露了部分安全問題。根據(jù)中國(guó)交通事故深度研究（China In-Depth Accident Study CADAS）對(duì)車輛事故統(tǒng)計(jì)，由于碰撞導(dǎo)致的起火事故案例中[1]，底部磕碰占七成左右，可見底部碰撞帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)極高。國(guó)外電動(dòng)汽車品牌特斯拉、現(xiàn)代，國(guó)內(nèi)造車新勢(shì)力蔚來、小鵬均有涉及，蔚來自燃車輛起火前底盤遭受嚴(yán)重撞擊，動(dòng)力電池左后部外殼與冷卻板大面積變形，電芯受到擠壓導(dǎo)致形成短路，小鵬正常行駛時(shí)與路面異物發(fā)生碰撞托底，造成車底電池包嚴(yán)重受損進(jìn)而引發(fā)火情[2]。

中國(guó)汽車工程協(xié)會(huì)于2020 年6 月開始 《純電動(dòng)乘用車底部抗碰撞能力要求及試驗(yàn)方法》的立項(xiàng)研究，2021年12 月30 日完成了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的編制與正式發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)是首個(gè)針對(duì)純電動(dòng)乘用車底部抗碰撞能力評(píng)估的測(cè)評(píng)規(guī)范，利用特定的工裝及設(shè)備對(duì)電動(dòng)汽車底部進(jìn)行刮底及托底測(cè)試，該團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)階段正在征集意見準(zhǔn)備修訂。除了中國(guó)汽車工程協(xié)會(huì)最初發(fā)布的《純電動(dòng)乘用車底部抗碰撞能力要求及試驗(yàn)方法》，中國(guó)汽車技術(shù)研究中心2023 年9 月27 日發(fā)布中國(guó)新車評(píng)價(jià)規(guī)程（C-NCAP）2024 版征求意見稿，對(duì)電動(dòng)汽車刮底試驗(yàn)提出了明確的要求，同時(shí)面向全社會(huì)廣泛征求意見。中國(guó)保險(xiǎn)行業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合中國(guó)汽車工程研究協(xié)會(huì)計(jì)劃2026 年在C-IASI 測(cè)評(píng)中增加“新能源汽車底部碰撞及維修評(píng)估”項(xiàng)目，覆蓋安全性、耐撞性、維修經(jīng)濟(jì)性三個(gè)維度，確保對(duì)純電動(dòng)乘用車底部抗碰撞能力進(jìn)行全方位評(píng)估，現(xiàn)階段測(cè)評(píng)規(guī)劃方案已具備，評(píng)價(jià)指標(biāo)還在細(xì)化中。有鑒于此，本文將對(duì)目前整車及臺(tái)車底部碰撞行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行詳細(xì)剖析解讀，便于企業(yè)人員更好地對(duì)自身產(chǎn)品進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)方向提供參考。

1 試驗(yàn)背景及目的

電動(dòng)汽車的底盤重心相對(duì)較低[3]，位于車身底盤的動(dòng)力電池系統(tǒng)極易受到高強(qiáng)度撞擊和刮蹭，一旦底部濫用變形不僅會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部電芯受到損傷，還會(huì)造成絕緣失效、底護(hù)板或冷板開裂、冷卻液泄漏、整包箱體密封失效或短路起火，給車輛用戶造成財(cái)產(chǎn)損失及為人身安全埋下隱患。

底部碰撞主要有兩種模式，一種是刮底模式，一種是撞底模式[4]。刮底模式表現(xiàn)為障礙物沿著動(dòng)力電池前后方向發(fā)生的電池前端和底部剮蹭，一般電池刮底側(cè)邊框及箱體底護(hù)板前部位置因?yàn)槭紫仁艿經(jīng)_擊會(huì)發(fā)生變形，如圖1 所示，這種位置的變形容易造成整包氣密不合格，嚴(yán)重時(shí)會(huì)將電池底部從前往后撕裂開來，如圖2 所示，使用剛性線性障礙物進(jìn)行刮底測(cè)試時(shí)，底護(hù)板開裂，會(huì)造成電芯外漏，安全風(fēng)險(xiǎn)高。整包氣密不通過，電芯容易被破壞造成電解液泄漏，甚至起火爆炸[5]。撞底模式表現(xiàn)為動(dòng)力電池底面受到垂直方向的擠壓或碰撞，嚴(yán)重時(shí)底護(hù)板有可能被擊穿，如圖3 所示，一方面是撞擊能量比較高，另一方面底護(hù)板強(qiáng)度薄弱也可能造成擊穿破裂。

圖1 底護(hù)板及邊框變形

圖2 底護(hù)板開裂

圖3 底護(hù)板被擊穿

對(duì)整車及臺(tái)車開展底部碰撞試驗(yàn)，有助于驗(yàn)證碰撞后安全性、耐撞性、維修經(jīng)濟(jì)性，整體評(píng)估抗碰撞能力及摸底C-NCAP、C-IASI 法規(guī)符合性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)“失分點(diǎn)”并進(jìn)行產(chǎn)品升級(jí)，做好C-NCAP 年度抽檢的準(zhǔn)備，防止低分評(píng)價(jià)對(duì)產(chǎn)品銷量和品牌形象造成負(fù)面影響。底部碰撞作為極其嚴(yán)苛的一項(xiàng)試驗(yàn)要求，采用整車及臺(tái)車做底部碰撞試驗(yàn)，可打造品牌宣傳亮點(diǎn)。同時(shí)，再現(xiàn)因車輛發(fā)生刮底、碰撞的失效場(chǎng)景，分析車輛在該場(chǎng)景下的電特征、控制策略等，評(píng)估車輛安全設(shè)計(jì)缺陷，為車輛及動(dòng)力電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能安全、控制策略提供技術(shù)支撐。

2 送樣要求

整車底部抗碰撞試驗(yàn)前車輛制造商需向測(cè)評(píng)機(jī)構(gòu)提交電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息，包括下殼體結(jié)構(gòu)、高低壓接插件位置、模組及電氣系統(tǒng)布置方式等。試驗(yàn)前，車輛需按照表1 要求準(zhǔn)備。C-NCAP 要求SOC 充至100 %，C-IASI 要求SOC 低于50 %，《純電動(dòng)乘用車底部抗碰撞能力要求及試驗(yàn)方法》中要求SOC 不低于50 %，目前國(guó)內(nèi)對(duì)試驗(yàn)前車輛電荷狀態(tài)尚未達(dá)成統(tǒng)一，SOC 狀態(tài)主要影響試驗(yàn)過程中安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)和高壓絕緣性評(píng)價(jià)，考慮充電后極端碰撞情形，C-NCAP 更嚴(yán)苛，覆蓋面更廣。試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)車輛質(zhì)量進(jìn)行調(diào)整，若車輛試驗(yàn)質(zhì)量未達(dá)到要求范圍，則可在車輛行李箱內(nèi)進(jìn)行配重，若車輛試驗(yàn)質(zhì)量超過此范圍，則將車輛后部不影響試驗(yàn)結(jié)果的部件拆除。試驗(yàn)前車輛應(yīng)完成四輪定位，保證車輛直行穩(wěn)定性，該措施有利于提升刮底位置精確度，避免車輛跑偏。

表1 送樣要求

表2 C-NCAP、C-IASI 及CASE 試驗(yàn)項(xiàng)目及順序差異

表3 C-NCAP、C-IASI 及CASE 試驗(yàn)方法差異

表4 C-NCAP、C-IASI 及CASE 評(píng)價(jià)指標(biāo)差異

3 試驗(yàn)方法

3.1 試驗(yàn)項(xiàng)目及順序差異

C-NCAP 中電動(dòng)汽車刮底試驗(yàn)由整車刮底和臺(tái)車刮底兩部分組成，若碰撞目標(biāo)位于電池包前端，如電池包高壓端口、低壓端口、冷卻系統(tǒng)端口等，則選擇整車進(jìn)行刮底試驗(yàn)，若碰撞目標(biāo)位于電池包其它位置，如電池包內(nèi)部模組或高壓連接線束等薄弱位置在電池包底部 Z 向的投影區(qū)域，則進(jìn)行臺(tái)車刮底試驗(yàn)。C-NCAP 中要求整車及臺(tái)車刮底均需要進(jìn)行測(cè)試，C-IASI 及CASE 244-2021 中僅對(duì)整車刮底有相應(yīng)要求，但是C-NCAP 整車只做前刮，C-IASI 及CASE 244-2021 中前后刮都做，C-NCAP 整車刮底及臺(tái)車刮底并行，C-IASI 及CASE 244-2021 整車刮底及整車托底串行，總體來說，C-IASI 及CASE 考核的更全面更嚴(yán)苛，在同一個(gè)電池包上既驗(yàn)證了刮蹭工況又驗(yàn)證了撞底工況，C-NCAP 驗(yàn)證模式更加多樣化，試驗(yàn)對(duì)象使用整車結(jié)合臺(tái)車，動(dòng)力電池企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)驗(yàn)證過程中可以增加臺(tái)車刮底，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池包底部防護(hù)邊界能力并做好結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

3.2 試驗(yàn)方法差異

C-NCAP、C-IASI 及CASE 對(duì)整車刮底速度、刮底位置、重疊量要求有一定差異，C-IASI 及CASE 的指標(biāo)范圍相對(duì)更寬一些，靈活性更高，臺(tái)車刮底為C-NCAP專項(xiàng)測(cè)試，使用中汽研專用刮底臺(tái)車，根據(jù)電池包尺寸、結(jié)構(gòu)定制化開發(fā)轉(zhuǎn)接工裝，同時(shí)臺(tái)車軸距、重心位置可調(diào)，保證臺(tái)車與實(shí)車狀態(tài)一致，刮底位置重點(diǎn)考核模組、高壓連接線束剮蹭受損情形，臺(tái)車刮底雖然車速相對(duì)整車刮底有所降低，但是因?yàn)槿鄙僬嚽案避嚰芎头雷o(hù)梁，沖擊瞬間的能量無法得到吸收分散，嚴(yán)苛程度臺(tái)車是要高于整車的，整包殼體密封及氣密容易失效，進(jìn)而導(dǎo)致后續(xù)序列的電池系統(tǒng)浸水無法通過。C-IASI 及CASE 整車托底試驗(yàn)使用25 mm 直徑半球形撞擊頭隨機(jī)選定薄弱點(diǎn)進(jìn)行撞擊，模擬實(shí)際底部碰撞案例中向上撞擊的情形，最新的CASE 244 修訂意見稿擬將撞擊位置明確為動(dòng)力電池包整車安裝點(diǎn)為幾何中心原點(diǎn)半徑240 mm 內(nèi)區(qū)域薄弱點(diǎn)。電池系統(tǒng)浸水方式C-NCAP、C-IASI 及CASE并無差異，都是參考GB/T 4208[6]或GB 38031[7]浸水要求，高度小于850 mm 的試驗(yàn)對(duì)象，其最低點(diǎn)應(yīng)低于水面1 000 mm。C-IASI 增加整車浸水可選項(xiàng)，整車涉水或電池系統(tǒng)浸水二選一即可，整車涉水貼近用戶使用場(chǎng)景，試驗(yàn)的水深、涉水總時(shí)間要嚴(yán)于GB/T 18384.3國(guó)標(biāo)要求[8]，同時(shí)可檢驗(yàn)試驗(yàn)過程中整車功能表現(xiàn)，如是否上報(bào)故障，是否出現(xiàn)停駛拋錨現(xiàn)象等。

3.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)差異

C-IASI 及CASE 相對(duì)C-NCAP 增加了冷卻液泄漏要求，間接要求了整車刮底和托底后的冷板密封性要好，且結(jié)構(gòu)不被破壞，C-NCAP 僅要求了電解液泄漏不超過5L，實(shí)際試驗(yàn)過程中這個(gè)泄漏量難以定量收集衡量，且一但發(fā)生電解液泄漏情形，整包絕緣測(cè)試則無法通過，電池包安全風(fēng)險(xiǎn)較高[9]，需立即隔離，C-IASI 及CASE要求碰撞結(jié)束2h 內(nèi)無電解液泄漏更加合理，符合市場(chǎng)用戶需求。C-IASI 中保研計(jì)劃在底部碰撞后評(píng)價(jià)指標(biāo)中增加結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)估，要求線束連接器不出現(xiàn)斷裂或斷開，電池包固定點(diǎn)不出現(xiàn)失效，對(duì)于底部碰撞后變形進(jìn)行測(cè)量記錄，通過線性插值法計(jì)算得分進(jìn)行評(píng)價(jià)，綜合評(píng)估安全性、耐撞性水平。

4 薄弱點(diǎn)選取位置

刮底及托底試驗(yàn)薄弱點(diǎn)選取，根據(jù)主機(jī)廠或電池廠提供的電池包或整車及系統(tǒng)布置示意圖、電池包結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真預(yù)測(cè)圖，從電池縱向中心線，向兩側(cè)以≤100 mm*100 mm 的網(wǎng)格大小，從電池前端往后端進(jìn)行劃分，直到電池邊界，并結(jié)合電池Z 方向仿真形變及XY 向變形寬度預(yù)測(cè)圖[10]，將各點(diǎn)位移劃分為綠色、黃色、橙色、紅色四種顏色，隨機(jī)選定橙色或紅色薄弱點(diǎn)作為刮底及托底初始對(duì)準(zhǔn)位置，選擇該點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)測(cè)試。

5 結(jié)語

近年來因底部碰撞導(dǎo)致的車輛起火屢見不鮮，整車及臺(tái)車底部碰撞試驗(yàn)作為檢驗(yàn)車輛底部防護(hù)能力的黃金標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前行業(yè)內(nèi)尚未形成一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范，本文通過對(duì)研討階段的C-NCAP、C-IASI 及已正式發(fā)布CSAE 244-2021 進(jìn)行剖析解讀，從試驗(yàn)?zāi)康?、送樣要求、試?yàn)方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)、薄弱點(diǎn)選取位置等維度闡述當(dāng)前法規(guī)要求，致力于幫助各企業(yè)測(cè)試人員、設(shè)計(jì)人員更清晰地理解試驗(yàn)過程及標(biāo)準(zhǔn)差異。