新能源汽车后面碰撞试验技术研究

新能源汽车后面碰撞试验技术研究

潘朝梁蒙隆基王瑞阳韦向雯

东风柳州汽车有限公司广西柳州545000

摘要：新能源汽车将锂电池作为动力电池，总电压一般为228V，由几十个动力电池共同供电，一般都布置在车辆的备胎位置或是靠背板后下方。车载充电器、电动机控制器、后驱电动机控制器多数也都布置在行李舱中。新能源汽车设有高电压的动力回路，电池组的电压远高于安全电压，因此碰撞中需要考虑的安全问题就十分复杂。基于此，本文围绕新能源汽车后面碰撞试验，并以某国内插电式混合动力汽车为例展开分析。

关键词：新能源汽车；后面碰撞；试验技术

前言

新能源汽车的一个重要特点就是其车内装有高压电的动力单元，这些动力单元由几块至几十块的单体储能单元串联或并联组成，其总电压要远远高于安全电压；另外，由于车辆设计需考虑整体结构、动力传输和内部空间等原因，大多数新能源汽车都选择将动力单元布置在后座椅下方、后备箱等车辆的中后部区域，而这些区域正是车辆在后面碰撞中最容易发生变形的区域。因此，相对于传统汽车而言，对新能源汽车的后面碰撞性能提出了更高的要求。

１、新能源汽车后面碰撞试验标准

针对新能源汽车的结构特点，后面碰撞性能要求除了应符合ＧＢ２００７２－２００６《乘用车后碰撞燃油系统安全要求》的标准要求外，还应符合涉及到电安全相关的法规和标准，目前，在我国主要有ＧＢ／Ｔ１９７５１—２００５《混合动力电动汽车安全要求》和ＧＢ／Ｔ１８３８４·１—２００１《电动汽车安全要求》，两者的内容见表１。

表1新能源汽车电安全标准比较

可以看到，２个标准在电解液泄漏和动力电池保持位置等方面的要求基本一致。ＧＢ／Ｔ１８３８４·１—２００１《电动汽车安全要求》制订的时间相对较早，在绝缘电阻方面没做要求；但从后面碰撞安全的角度来看，碰撞试验后进行测量和评价绝缘电阻是非常必要的。虽然我国在电安全方面是以推荐性标准形式要求的，但由于涉及人的生命及财产安全，应按照强制性要求执行。目前，２个电安全方面的标准都是相对独立的，但是从新能源汽车的最新定义来看，应该将两者统一、更新。另外，从新能源车的试验程序来看，目前的２个标准都没有对试验人员的安全防护进行详细规定。

２、新能源车后面碰撞试验程序及注意事项

新能源汽车与传统汽车的最大差异在于车内增加了带有高压电的动力电池单元和电子控制设备。由于整体结构、动力传输和内部空间等原因，这些带电设备往往都布置在车辆的中后部区域，导致车辆在后面碰撞试验中的危险性大大提高。如果在后面碰撞中，电池箱体受到过度挤压变形，动力电池单元可能会发生爆炸、起火等危险情况，甚至威胁到试验人员和试验设备的安全。现行的法规标准中都没有对试验的程序、方法以及对危险情况的处理进行详细说明，为了试验人员及试验设备的安全，应根据新能源汽车后面碰撞的特点，制订相应的试验程序，使之与传统后面碰撞试验程序相结合。

2.1动力电池单元的确认

试验前需要对试验样车的动力电池单元做以下３项确认：

（1）确认动力电池单元的类型、数量；（2）确认动力电池单元在车辆上的安装位置和固定方式；（3）测量动力电池的单体电压、总电压以及电池的荷电状态。

2.2试验样车及试验设备的准备

试验前，试验样车应装备计入车辆整车质量的所有正常安装的部件和设备，并且应装备涉及防火性能的部件和设备。在燃油箱内加注至少满容量９０％的密度和黏度与正常使用燃油相近的非可燃液体，也可用水代替，其他系统液体（如制动液、冷却液、散热器液体等）可以排空。仪器方面要配备电压测量仪、绝缘电阻计以及红外测温仪，用于对动力电池单元进行非接触式测温。另外，在安全防护方面，试验人员要配备绝缘手套和绝缘鞋，以防止试验中动力电池起火，牵引跑道两侧应配备多只干粉灭火器。

2.3试验后的车辆及处理

碰撞试验后，在确认试验样车无明显冒烟或着火的情况下，对试验样车泄漏的液体或电解液进行收集，同时用红外测温仪监测动力电池箱的温度是否异常；测量动力电池单元的电压，并做详细记录；进行绝缘电阻的测量，并记录结果。如遇异常情况出现，则应迅速准备灭火装置，并将试验样车从碰撞地点移至空旷安全的区域。

３、新能源汽车后面碰撞试验及分析

3.1新能源试验样车的结构概述

该新能源试验样车为插电式混合动力汽车，所使用的动力电池为锂电池，动力电池的总电压为２８８Ｖ。共有２０个动力电池模组，每个动力电池模组由１０４个２Ａ·ｈ的电芯组成，单个电池模组的电压为１４．４Ｖ，各电池模组之间采用串联的方式连接，并采用框架式结构固定于车身上。动力电池模组位于２个电池箱体中，分别位于后行李箱中的后座椅靠背板之后和车辆后备胎池位置（取消了原型车的后备胎），２个电池箱体都处于后面碰撞车身溃缩变形区域以内，因此，对电池箱体结构均做了特别的加强，防止箱体内的电芯在碰撞中受到过度挤压。后行李箱左右两侧还放置有后驱电动机控制器、ＩＳＧ电动机控制器以及车载充电器等设备。车辆的动力总成位于车辆前舱和后桥位置，在原型车发动机、变速箱的基础上，在前舱增加了ＩＳＧ电动机、单向离合器，在后桥位置增加了后驱电动机以及后驱插件总成。

3.2新能源试验样车的结构改进

新能源试验样车的后尾箱去掉了原型车的后备胎，装有２个动力电池和２个控制器，在考虑后面碰撞性能和电池、控制器布置的基础上，对新能源试验样车的后部结构及电池箱体结构做了如下改进：

（1）加大了后地板横梁的结构尺寸和电池固定支架尺寸，能更好地固定住前一个电池，防止后碰撞过程中电池箱体发生倾覆或离位；

（2）在备胎池中增加电池的固定支架，该支架在碰撞过程中可使电池箱体向前上方运动，能有效地将碰撞力传到前一个电池箱体；

（3）在后一个电池箱体的前后方及内部增加加强结构，防止电池在碰撞过程中发生大的变形；

（4）对后地板纵梁进行加强，增加其在纵向承受冲击力的能力，防止碰撞过程中发生弯折变形。

3.3试验条件的建立

对新能源汽车后面碰撞试验来说，主要考查２项：（1）燃油系统在试验中及试验后是否发生泄漏；（2）车辆在电安全方面是否可以满足法规的要求，包括电池在碰撞后有无发生漏电、高压电在碰撞中是否可以自动断电保护等。另外，为了与原型车进行对比，在车身右侧Ｂ柱下方安装了Ｘ向加速度传感器，后面碰撞试验用车质量为１１００ｋｇ，车的碰撞速度为５０．１ｋｍ／ｈ，试验按照前面叙述的试验程序进行。

3.4后面碰撞试验结果分析

该新能源试验样车与原型车的车体结构基本一致，在增加了电池、电动机、控制器以及后桥后驱总成等部件后，整车质量比原型车增加了约２７０ｋｇ。

试验后2辆车的变形对比表现为：

（1）２辆车在Ｃ柱前端的部位基本无变形；

（2）原型车尾箱的纵向变形量明显大于新能源试验样车；

（3）原型车后翼子板处仍然有较大的变形，而新能源试验样车的变形基本集中在后尾箱部位；

（4）原型车后地板纵梁在碰撞中基本上都发生了弯曲溃缩变形，新能源试验样车由于尾箱中有电池箱体和控制器的支承，纵梁只是发生了弯曲变形，溃缩量较小。

（5）从试验后的测量数据来看，原型车的纵向溃缩量比新能源试验样车大２１３ｍｍ左右。

综上所述，该新能源试验样车可以满足电安全相关的要求，从试验后电池箱体的整体变形较小，电池箱体对其内部的电芯起到了很好的保护作用，电池箱体安全稳固，固定方式安全可靠。试验后，２台试验车辆的燃油系统均未发生破损及泄漏的情况，均可以满足ＧＢ２００７２－２００６《乘用车后碰撞燃油系统安全要求》标准的要求。

结语

以国内某款电动车为例与原型车对比进行了后面碰撞试验，后将数据进行整理分析，试验结果表明，该车型符合相关安全要求。同时，根据对试验车辆变形情况进行分析，可以总结出关于电池舱布置、车辆后方结构改进、高压线数布置等相关参考信息，以供我国相关行业人员进行借鉴。

参考文献:

[1]包崇美.特斯拉MODELS、宝马i3为何无缘最高安全评级?—关注美国ⅡHS新能源车碰撞测试[J].世界汽车,2017(3):76-81.

[2]孙臣,杨月.新能源汽车的安全性[J].工程技术:全文版,2017(1):00294.