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不惧“难上加难”,比亚迪CTB技术成功挑战双面侧柱碰试验

近年来,随着新能源汽车进入快速成长阶段,高安全、长续航、大空间、操控出色、高智能化等已成为越来越多消费者的共同诉求,尤其是对于动力电池安全的关注始终居高不下,而作为评估车辆碰撞安全性能的重要手段——安全碰撞测试,也在近些年得到了社会各界的广泛关注。

相较于传统燃油车,新能源汽车在结构上与之大体相似,有许多碰撞测试标准可以沿用。但由于动力电池的存在,使得车辆在抵御侧面外力撞击时并没有太多形变空间,加之(受角度影响)较正面碰撞点更集中、碰撞面积更小,一旦被侧面侵入,会对车辆产生强大的“切割力”导致电池包受挤压变形,势必造成难以估量的损失,这就给底部安装了电池包的新能源汽车(特别是纯电动汽车)的结构设计提出了极高的挑战。

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电动汽车在侧面柱碰中,碰撞力的传递路径分电池包传递和车身传递。车身传递路径主要包括门槛、座椅横梁,B 柱等。整个过程中,碰撞力在车身与电池包传递的分配不同,电池包传递力的比例更大,因此,设计过程中电池包内部传递结构设计要合理,并且与车身结构相互匹配,才能起到很好地传递碰撞力的作用。除此之外,车身结构也需要具备吸能的能力。

众所周知,目前国内大部分纯电动汽车制造商采用的是传统模组(Cell-Module-Pack,即电芯到模组再到整包)技术和CTP(Cell to Pack,即直接将电芯集成为电池包,省去中间的模组环节)技术。这些技术基本上是基于燃油车安全架构的优化,电池布置空间有限。为了保护电池安全,整车的重量、成本都会上升,自身能耗更大,操控性能自然会有所下降。

面对这一制约新能源汽车向更高质量发展的行业难题,国内外各大汽车厂商迎难而上,为此投入了大量资金和研发精力。在这当中,作为全球新能源汽车领导者的比亚迪也拿出了自己的解题之道:在充分发挥已得到市场充分认可的磷酸铁锂“刀片电池”的优势(高刚性的刀片电池成组后具有类蜂窝结构的高强度特性)的基础上,将刀片电池融入到整车安全设计中,重构纯电动车正碰、偏碰、侧柱碰等安全传力路径,打造了纯电专属的高安全架构,使电动车辆在获得结构安全的同时,还具有更大的电池布置空间。全新设计的密封结构经过21种工况、超5000小时、100万公里涵盖零部件到整车各层级的验证,充分论证了密封的可靠性。

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CTB技术以“电池车身一体化”为核心设计理念,并且在“蜂窝”中找到灵感,结合刀片电池独有的长方体结构和超级强度,衍生出"类蜂窝铝"结构,带来电池成组技术里程碑式的革新,通过将刀片电池包与车身刚性连接,二为一形成完整体,将地板(电芯上盖)-电芯-托盘三者与车身集成,形成高强度的“整车三明治”结构。

在CTB技术加持下,刀片电池包与车身集成后,宽包电池作为刚性体结构件加强了车身环形结构,同时优化电池包边框结构设计,电池上盖、电芯和边框参与整车传力,进一步加固底盘结构,平衡整车重心,使整车强度大幅提高,安全性达到行业领先水平。

CTB技术能够带来什么样的好处呢?简单来说,就是成功实现了高安全、长续航、高扭转刚度等性能的全面提升。在安全方面,正碰车内结构安全提升50%,侧碰提升45%;在续航方面,CTB电池系统通过冷板的集成设计、配电的集成设计,电池体积利用率从60%提升到66%,支持更长续航里程的电量布置;在扭转刚度方面,CTB技术使高刚性的刀片电池与车身结合更为紧密,助力整车扭转刚度提升一倍。

首搭CTB技术的海豹车型综合续航超700公里,百公里加速3.8秒,扭转刚度40500Nm/°,麋鹿车速83.5km/h,风阻系数0.219Cd,每一项数据都刷新了比亚迪性能之最,正在树立纯电运动轿跑的新标杆。

当然了,安全不是靠“吹”出来的。就在近期,国内汽车安全类测试栏目TOP Safety为验证CTB技术对电动车安全性是不是真的足够靠谱,特地选择了比亚迪海豹进行了一次新能源汽车双面侧柱碰试验。该试验通过模拟真实严苛的场景,来测试新能源汽车叠加两次侧柱碰后整车的被动安全性以及电池安全性。

《早懂车》了解到,本次试验采用了双面侧柱碰的形式,在单次侧柱碰的基础上极大地增加了试验难度,模拟更极端的连环撞击工况,对于新能源车型的考验难上加难。

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双面侧柱碰试验(第一次侧柱碰)

比亚迪海豹CTB在本次双面侧柱碰挑战中,使用同一台车,在一次标准侧柱碰的基础上,再次进行侧面柱碰。第一次碰撞试验,比亚迪海豹整车以32km/h的速度和75°的角度,撞击254mm钢性柱,随后同一台车进行叠加第二次碰撞试验,以副驾驶后排撞击点进行侧柱碰试验。

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双面侧柱碰试验(第一次侧柱碰)

试验结果显示,比亚迪海豹整车结构最大变形量183mm,相比传统燃油车平均300mm左右的变形量,搭载CTB技术的海豹最大变形量减小了120mm左右。表明CTB电池车身一体化技术很好地提升整车结构强度,确保从前到后各个撞击位置的结构安全。

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比亚迪海豹试验数据结果

得益于比亚迪海豹所特有的车身结构,相比传统车身结构,CTB电池车身一体化结构的车身纵梁缩小了前机舱与乘员舱之间的高度差,可以更有效地发挥材料本身的强度优势,并为力的传递提供更顺畅的路径。全平底板设计,让海豹的白车身侧向传力结构更稳定、更连贯。

乘员保护方面,在CTB优秀的结构安全基础和气囊缓冲保护下,整车中三个乘员保护指标也全部达到满分,最大化保护每一个用户的生命安全。

电池安全部分,两次碰撞后电池包仅在边框产生轻微变形,带电部分无损伤,电池包主体结构基本没有变形,电池包没有出现漏液、起火,整体结构稳定,并且在碰撞瞬间,车辆的电池管理系统立即执行高压断电保护策略,高压系统电压在碰撞后的820毫秒内,迅速下降至安全电压区间内,有效保证驾乘人员生命安全。

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比亚迪海豹双面侧柱碰后电池上电成功

为了给CTB技术“再上上难度”,进一步测试电池包的安全性与稳定性,TOP Safety还对比亚迪海豹进行了一项更难的试验,将参与了两次侧柱碰的电池包重新装入另一台新车后,车辆可以正常启动、安全行驶,证明碰撞后的电池包功能性一切正常。

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剧烈碰撞的尘埃落定之后,当然要看看取得好成绩的原因是什么:得益于CTB电池车身一体化技术的应用,通过整车三明治结构,发挥刀片电池既是能量体又是结构件的优势,突出的安全设计,使得电池的安全性能大大增强,CTB一体设计优化了传力路径,有效保护了内部的结构,表现突出。

其实,比亚迪海豹长续航后驱版此前在C-NCAP中就获得了五星成绩,综合得分率高达88.6%。本次比亚迪海豹CTB更是以优异成绩通过TOP Safety双面侧柱碰试验中,双重验证CTB技术的安全性,对新能源汽车整车安全和电池安全,交出了一份更有针对性的“答卷”。相信在新能源汽车市场渗透率突破30%、消费者对于新能源汽车安全的关注达到空前高度的当下,更多有实力的汽车厂商也会加入到这场“双面侧柱碰测试”的挑战行列之中。


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