纯电动客车顶置电池对车辆结构强度的影响研究

纯电动客车顶置电池对车辆结构强度的影响研究

林伟民

珠海广通汽车有限公司   广东省珠海市   519000

摘要：本研究旨在探讨纯电动客车顶置电池对车辆结构强度的影响，给读者提供理论设计参考。电动汽车技术的快速发展和市场普及，促使我们深入研究电池的位置对车辆整体结构和性能的影响。通过三维模型仿真，我们分析了不同电池顶置位置对车辆结构的影响。研究的结果表明，顶置电池能够在一定程度上影响车辆顶部的结构强度，且电池不同布置位置对车辆顶部的结构强度影响存在差异。因此，电动客车主机厂在设计阶段需充分考虑电池在车辆顶部的位置，以保证车辆整车结构强度的安全性。

关键词：电动客车，顶置电池，车辆结构强度，安全性、分析

引言

动力电池作为电动客车技术中核心组件之一，直接影响车辆的性能和安全性。而动力电池在车辆上安装位置的选择，特别是顶置电池的选择，对车辆结构强度和性能产生深远的影响。本研究将集中关注纯电动客车，旨在解决一个关键问题：顶置动力电池在车辆结构中的实际影响如何？我们的研究将通过有限元分析和实验验证，分析底置电池和顶置电池的差异及顶置电池不同安装位置对车辆结构强度的影响。

1.电动客车电池位置选择的背景与问题

1.1电动客车的兴起与可持续性挑战

在能源紧张及气候变化的当下，电动汽车给予了人们能源可持续解决方案。电动客车作为新能源汽车发展的排头兵，在各国政府和客车主机厂的共同推动下，引领着客车行业往电动化方向发展。然而，电动客车的广泛普及和成功实施不仅仅依赖于电池技术的进步，还涉及到电池位置选择的关键问题。

传统的内燃机车辆通常将燃料箱安装在车辆的底部，但电动客车在电池位置上有更多的选择。一种常见的选择是将电池安置在车辆的顶部，也就是所谓的"顶置电池"，这种安装方式可以改善整车的布局，能够更好的扩展车内空间。但是，顶置电池会造成车辆的重心偏高且可能引发一系列结构强度问题，需要深入研究和解决。

1.2电池位置对车辆结构强度的关键影响

电池的位置选择直接涉及到车辆的结构强度。顶置电池与底置电池相比，在车辆顶部结构强度、悬挂系统和稳定性方面产生显著的不同影响。顶置电池可以提高车内空间使用率，但它也存在降低车身骨架顶部结构强度的风险。最后，电池的位置也可能影响车辆的稳定性，特别是在高速行驶和紧急转弯情况下，这需要深入的研究和分析。

2.顶置电池对车辆结构强度的模拟分析

2.1模型建立与参数设定

以10.5米低入口纯电动城市客车为例，深入探讨顶置电池对电动客车结构强度的影响，假定电池布置分别设置于车辆前部、车辆中部、车辆后部，创建三维模型，如图1所示。

图1

进行有限元分析的前提为明确定位动力电池的顶置位置，明确动力电池的质量和重心高度等参数。另外，需要明确材料的力学性质，包括杨氏模量、泊松比、强度、硬度等，还需准确的输入整车的载荷分布情况，如图3为载荷数据的输入，这将在后续的模拟中用于分析应力和变形。这些参数对模型的准确性至关重要，因为它们决定了电池对车辆结构强度的实际影响。

图2

2.2顶置电池对骨架结构强度分析

完成三维模型创建后，分别在三种模型的顶盖右侧中门附近选取相同的6个点（分别为Aa、Bb、Cc、Dd、Ee、Ff）进行分析,如图2所示。

图3

针对不同的顶置电池位置，分别对三种模型的6个点进行14种工况下的强度分析，各工况描述如表1所示。

表1

由各工况开口位置变形量数据结果得出，顶置电池前置（原模型）的最大位置变形量＞顶置电池后置（方案二）的最大位置变形量＞顶置电池中置（方案一）的最大位置变形量，三种模型的最大位置变形量均发生在中门位置（即：C-c和D-d），所以由于在顶盖中门附近的位置变形量比较大，因此，顶盖中门附近较薄弱，可能会发生撕裂。

由各工况开口位置变形变化率数据结果得出，整体而言，在14个工况的作用下，开口位置的最大变形变化率发生在工况10条件下，且顶置电池前置（原模型）的开口位置的最大变形变化率普遍大于顶置电池中置（方案一）和顶置电池后置（方案二）。另外，整体对比下来发现顶置电池中置（方案一）的效果比较优。

2.3顶置电池对悬挂系统的影响

电动客车的悬挂系统对车辆的行驶稳定性和悬挂性能至关重要。顶置电池的位置会影响车辆的重心高度，对悬挂系统的设计和调整产生显著影响。更高的重心可能导致车辆在弯道行驶时的侧倾更加明显，影响了行驶的稳定性和悬挂系统的工作负荷。

在模拟分析中，我们可以模拟不同路况下的悬挂系统响应，考虑顶置电池对悬挂系统的影响。通过分析悬挂系统的变形、应力和位移，我们可以评估顶置电池对悬挂性能的具体影响，包括悬挂系统的耐久性和稳定性。这有助于工程师更好地优化悬挂系统，以适应顶置电池的要求。

结语

本研究的深入探讨电动客车顶置电池对车辆结构强度的影响能够更好的为电动客车的发展提供理论参考，电池位置选择对车辆的整体性能产生深远的影响。通过结合三维模型的分析和实验验证，我们能够准确的对顶置电池状态下车身结构强度进行有效的加强，在一定程度上可以提高电动客车的结构强度，从而增强其稳定性和可持续性。尽管顶置电池为车辆带来了明显的优势，如车内空间大等，但它也可能在车身骨架强度及车辆稳定性方面面临着一些挑战。

参考文献

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