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放「上」或放「下」?探究新能源汽车电池包放置多样性
新出行原创 · 话题文章

在阅读这篇文章之前,想必大部分朋友们的认知里,新能源汽车的动力电池包,理应都放置在我们的脚底,车辆的底盘之下——无它,市面上 95% 的新能源车型都是如此布置的。

由此便引出了我们本期文章想和大家探讨的内容:95% 的车型将动力电池包位置放在底盘,那剩余 5% 的车型呢?以及,为什么绝大多数车型的动力电池包,都放置在了车辆底盘处?

带着这两个疑问,本期文章将和大家一起探讨以上的问题,探究新能源汽车电池包的放置多样性。

一、置于底盘是最优解?

现今的新能源车型,似乎随便揪一个出来,动力电池包都位于底盘位置。所以将电池置于底盘,是新能源车型的最优解吗?在解答这个问题前,我们首先来“审核”一下动力电池包的“家庭背景”——

动力电池包的本质是由数量庞大的电池单体组成,而目前大部分车用电池单体的原理,和我们日常生活所使用的各种电池别无二致——都是通过特定的化学反应,消耗化学物质从而释放出电能。

 由此新能源汽车对比油车会多出全新的安全指标:动力电池包的碰撞风险、动力电池包的热失控风险。

碰撞风险方面,新能源车型由于有着这又大又重的电池包存在,在同速碰撞的事故中天然地便会比同类型的油车多出一部分撞击的能量,因此在车辆研发伊始便需要思考动力电池包的摆放位置和安全设计,也断绝了动力电池包置于车头/车尾这两个撞击时做吸能的位置可能性。

动力电池包的热失控风险来源则更为多种多样:在内有电池单体短路,过充过放影响,这部分涉及到电池均衡和管理,本篇暂不细展开。

而在外则是和环境温度和碰撞相关。如果动力电池保持持续高温,会使得电池内部副反应加速,造成容量不可逆损失以及阻抗上升,从而引发热失控的风险。

简要总结下来,在动力电池包的位置摆放选择上需要避免两点:碰撞与高温。这意味着动力电池包需要处于绝大部分碰撞事故中无法波及到的位置,同时电池包所处的位置需要避免持续高温,以避免碰撞/热失控导致的电池爆燃。

因此动力电池包的摆放位置的“最优解”也变得呼之欲出,也就是我们如今最为常见,放置在车辆底盘处——底盘在车辆行驶时下方会形成天然的风道,同时在大部分车头/车尾碰撞时都无法波及到位于底盘的动力电池包。

通常情况下,动力电池包都置于车辆底盘处

“那你说有没有这么一种可能,我把动力电池包放车顶,也能达成差不多的效果?

道理是这么个道理,但在上文我们有所提到过,动力电池包是又大又重的存在,即使是现如今电动机遍地的“马力廉价”时代,遍地百公里加速三五秒的车型,也不能忽视这电动车最重要的能量来源。

如果家用车的动力电池包从底盘移到头顶——

首先,开阔的天窗/天幕与车内基本无缘了,如果想要天窗,那从电池包开始便要进行重新设计;

其次,整车的设计也需要推翻重来,当 ABC 柱顶着的不是轻巧的车窗,而是分量“极佳”的电池包,高压线束的走向,碰撞仿真模拟,风阻测试等等都需要从头来过;

最后,则是车辆的操控性能大幅衰退——就像是跑了一趟马拉松下来的人们,眩晕感和头重脚轻的虚浮感会不断侵蚀人的意志——换算到车辆上也是如出一辙,头顶着大重量的动力电池包,这样头重脚轻的车型,开起来同样会显得脚步虚浮,显然很难表现出趋近正常车型的驾驶性能。

二、探究电池包摆放多样性

将电池包放在底盘,是大部分车企旗下的车型做出的选择。但人群之中总会有几个另类——电池包放在底盘,与车型的定位和使用环境反倒起了冲突。

可能大家想不到,这些“特立独行”的车型,其实在我们的日常生活中尤为常见,或许大家在不经意间,便已经体验过了:

-适应高强度越野的 Hi4-T

长城旗下的 Hi4 车型出了很多,但 Hi4 多了一个 T ,两者之间的区别便显得千差万远了。

相较于 Hi4 使用两档 DHT 变速箱和小排量的发动机组成的混动系统,Hi4-T 本质上是一套专门的越野系统,由 3.0T V6 发动机、九档混动专用变速箱配合 P2 电机架构组成——可以说除了都拥有四驱功能,看似重名的 Hi4 与 Hi4-T 是完全不同架构的两套插电混动系统。

而由于涉及到越野和穿越路况,如果动力电池包依旧置于底盘,磕碰的概率难免有所提升。而长城的想法则是相当直接明了——与其费劲去做底盘防护来保护电池包,为什么不能将电池包“挪个位”呢?

长城 Hi4-T 混动系统结构,可以看到动力电池包放置于后驱动桥上(图左侧)

从放置位置上不难看出长城的心思——将电池包从底盘挪至后驱动桥后,越野和穿越所遇到的颠簸路段对电池包造成的磕碰风险会降低许多,同时这也是对于非承载式车身的越野 SUV,在新能源时代的全新思路拓展。

回到我们前面的问题,改变了电池包位置,意味着在碰撞安全和散热设计等等有关电池的方面都需要重新考量。在碰撞安全方面,这块位于后驱动桥的电池包,用上了高强度的梯形车架配合,在防振动冲击方面做出优化;同时长城也在电池热管理、充放电性能等等方面上做出优化,使得这块 37.1kWh 的电池包可以承受 100kW 瞬时充电功率。

坦克 700 Hi4-T

-电池包真能放车顶

是的,虽然将电池包放在车顶有着上文所提到的诸多这样或那样的劣势,但当对象从家用车型变为公共交通车型,技术考量和实际用途的变化,让电池包放在车辆顶部,也并非是一件难事。

在一线城市中,总少不了纯电公交车的身影,而除了平时能见到动辄十几米长的中大型公交车,在一些城市支线和短距离通勤中,一些看起来长相颇为可爱的“宝宝巴士”也陆续投入使用。

以比亚迪 B7 为例,类似这样的短距离通勤巴士还有许多品牌在研发投产

以比亚迪 B7 为例,从车外看我们不难发现,这台“小巴”的车顶相比正常公交车型要厚出一层,正是比亚迪的刀片电池包所在的位置,而从正侧方观察则更为明显。

整车采用 127kWh 的刀片电池包

纯电动公交车将电池包放置在车顶,显然是有特殊的意图。省下来的底盘空间被重新“还”给了车内乘客,而这又涉及到有关公交车的一项技术参数:一级踏步。

何为一级踏步?事实上理解起来简单易懂——当公交车开启时,算上从地面到车辆地板的踏步次数,需要踏几步进入车内便是几级踏步。一级踏步则是车辆开门时,只需踏上车辆地板即可进入车内。

这样的好处不言而喻,对于使用公共交通出行的老、幼、病、残、孕妇以及抱婴者,少踏一级台阶进入车内无疑是相当省力和便携的,并且早在 2018 年,《关于进一步加强和改善老年人残疾人出行服务的实施意见》中便明确鼓励具备条件的城市,新增公交车辆优先选择一级踏步的低地板式公共汽车,而 500 万人口以上城市,新增公交车辆全部实现低地板化。

一级踏步不仅仅是便利了弱势群体,在一些运力繁重的路线段,少踏一级台阶,上下客的通勤效率也会进一步提高。而将电池包顶在头顶跑的纯电动公交车们,在形成一级踏步的低地板结构上有着天然的优势——毕竟油箱和排气管们,很难像电池包和高压线束一样举重若轻。

结语

新能源汽车的爆发,自然也会将属于新能源汽车的各个上下游领域产业链带动起来。就像电池包般,能放「下」,也能放「上」,一切取决于车辆需要何种需求。在卷多少 C 快充和换电等等相关补能争论后,希望大家喜欢这一期和电池包一起“跑上跑下”的文章。

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