纯电动汽车碰撞安全性能开发二：总布置设计要点

特斯拉系列车型使用了平板型动力锂电池,将单层电芯模组平铺到地板下方，能够最大限度的获得可用面积，从而实现了高续航里程。这种地板下平板电池方案具有突出的优点（见拙作《纯电动汽车架构设计（二）-电池布局与造型变化》），目前国际上公布的几大电动汽车电动汽车专用架构都采用了这种方案，国内互联网造车势力更是在极力模仿特斯拉的动力锂电池布置。

但是，特斯拉ModelS和ModelX过于激进的应用了此方案，动力锂电池的尺寸过大，防护空间不足，碰撞安全方面存在很大风险。

首先是动力锂电池包过于向前延伸，电池包前端突出部分已经完全在前壁板之前，如图8。

图8特斯拉ModelX的动力锂电池包

这种向前延伸的动力锂电池前端不受车身结构任何防护，关于后驱车型,前舱没有动力总成，比较空旷,电池包的安全性尚可。但关于前驱或者四驱车型,在正面碰撞时，假如纵梁后段溃缩变形，电池包前端很容易被撞击。所以特斯拉将纵梁后段做成了一个非常强壮的铸件，如图9，保证在正面碰撞工况下不发生变形。这种方案经过优化后能够通过IIHS、NHTSA的测试，但在某些实际工况下电池包仍然有受到撞击和挤压的可能，特斯拉近几年频繁发生起火事件与这种电池设计方案或许有一定关联。特斯拉在Model3电池包上已经取消了这种前端突出的设计，预计安全性将大幅提高。

图9特斯拉ModelX的纵梁后段铸件

其次是电池宽度也过大。电池包本体外侧与门槛梁外侧的距离不到140mm，门槛梁采用了挤压铝型材，横截面内有多条筋来增强。这种设计可以保证50公里侧面台车碰撞时动力锂电池包不被挤压变形，但关于32公里侧面柱碰则是力有未逮。

根据NHTSA公开的ModelS柱碰测试报告，刚性柱的最大侵入量达到200mm，这意味着电池边框发生比较大的变形。图10的柱碰试验照片也显示碰撞后电池包边框有永久变形，电池包上壳有明显的褶皱，电池模组应该在碰撞过程中受到过挤压。

图10侧柱碰后ModelS的动力锂电池包

ModelS在侧面柱碰测试后并没有发生电池起火现象，可能是因为它的圆柱形电芯排列有一定间隙，所以更耐挤压，也可能因为所采用的正负极材料更稳定，或者只是因为运气特别好。但是关于国内的三元锂电芯，无论是方形电芯、圆柱形电芯还是软包电芯，较高速度碰撞时只要芯体受到挤压就有非常大的起火概率。即使碰撞当时未起火，受过挤压的电池包在继续使用一段时间后仍有起火的可能。四月22西安发身的蔚来ES8自燃事故，其原因就是数日前该车动力锂电池包曾受到过撞击，电池包发生了永久变形，电池内部结构在被挤压的状态下经过一段时间后形成短路，最终引发火情。所以为保证动力锂电池的安全，应该保证侧柱碰工况下电池内部模组不受挤压，这就要将门槛梁加宽到160mm以上，并在在电池侧边框两侧保留一定的缓冲区。

特斯拉之所以采用如此大面积的动力锂电池，是因为所采用的18650和2170芯体高度只有65mm和70mm，这么低的芯体高度，要想保证足够的续航里程，只能尽量新增电池包的宽度和长度。而国内采用的方形或者软包电芯，高度大概在90-100mm，所以平板电池整包的长度和宽度可以比特斯拉少10%-20%，实现本文上一章所建议的周边布置空间是完全可能的。