新能源汽车碰撞燃烧解析

2019年6月18日18:17:23 评论 53

新能源汽车在遭受强烈碰撞时,除了和燃油车一样,导致车毁人伤亡之外,还多发生燃烧和爆炸(图 1),美国特斯拉和国产新能源汽车都屡屡发生,由于燃烧使车身严重变形,不能打开车门,外边人看着里面的人被活活烧死,惨不忍睹啊。

图 1. 新能源汽车碰撞起火燃烧照片
1、碰撞着火原因
新能源电动汽车遭受高速碰撞时,电池包遭受强力冲撞,汽车车身变形导致电池包挤压变形,电池组块相互挤压、叠落,损伤破裂,挤出电解液等,引起短路、着火,甚至爆炸,全车烧毁。碰撞时,在电池包的三元锂电池内部隔膜会受到严重破坏,线路极易出现短路,着火,并发生爆炸。无论采用铸钢、铸铝、塑
料、复合材料,还是泡沫铝电池包箱,在汽车碰撞时,电池组都遭受强烈撞击,都易导致电池短路着火。
我国目前汽车保有 2.4 亿辆以上,新能源汽车 260 万辆,2014 年统计,每年车祸造成的死伤人员 100 余万,死亡 20 多万人,车祸发生率为 4/1000 左右,虽然是小概率事件,但是,偶然遇一次就可能是人生终结。
2、新能源汽车车身结构优化
目前汽车(包括新能源汽车)采用的钢制、铝制防撞梁都没有吸能缓冲作用,不能对车和人起保护作用,更不要说保护电池包了。此外,由燃油车改造成电动的新能源汽车,在原有的车身基础上只改换燃油发动机。有的采用日韩系汽车纵梁结构如图 2 所示,粉色部分为低强度可溃缩变形部分,高速碰撞时,车厢前部发生溃缩,电池包被严重撞击、挤压,更容易短路、着火,甚至爆炸。


图 2. 典型日韩系车身结构
欧美系汽车采用刚性纵梁,没有低强度可溃缩变形部分,对电池包具有一定的保护作用。采用这种车身比采用日韩系车身具有优越性。但是在高速碰撞时,汽车各部位都遭受反作用力,全车多处薄弱地方溃缩变
形,车毁坏,释放碰撞动能。
2、保护电池包的途径
在汽车碰撞时,要想保护电池包不遭受反作用力,不挤压破坏,就必须在汽车纵梁前或后释放撞击动能,消除反作用力,例如在汽车前面带有大棉花包碰撞(图 3),由棉花包吸收撞击动能,消除反作用力。
现有汽车钢制、铝制防撞梁、保险杠都没有这样的功能,都是名不符实。采用泡沫铝防撞梁的车身,需要高强度车身,不可溃缩变形车身。理想状态是由泡沫铝防撞梁压缩变形,释放撞击动能,吸收反作用力,而车身不遭受碰撞的反作用力。安装泡沫铝防撞梁相当于在车前车后带有大棉花包,如图 3,碰撞时由棉花包吸收碰撞动能,释放碰撞动能,而车身不遭受反作用力,不变形。由于汽车碰撞作用时间很短,只有几十秒,力传递很快,需要防撞梁快速变形释放动能。要达到这样状态,需要车身强度高,而防撞梁材料压缩强度很低,强度差别很大才行。钢制车身机械强度达到 300Mpa 以上,泡沫铝防撞梁压缩强度 5~10Mpa,车身强度是防撞梁强度的 30~60 倍,足以满足需要。采用玻纤与泡沫铝复合防撞梁,碰撞方向的压缩强度不变,而横向抗撕裂强度达到 300Mpa 以上,提高泡沫铝防撞梁的完整性。


图 3. 带棉花包碰撞                                                  图 4.安装泡沫铝防撞梁

本文作者:姚广春,东北大学

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