电动汽车起火,或与螺栓连接设计有关?

编者按


文章列出了电动汽车起火的一些可能原因,可能原因如下:

01

直接原因

诱因复杂的热失控;

02

内短路是电池热失控的共性环节

各种各样的原因都可能产生不同类型的内短路,包括机械变形、挤压、撕裂,隔膜破裂、过充过放、极端过热等。

另一个需要注意的问题是:

近两年来动力电池产业迅速发展,其正极材料已经从早期的LFP,发展到NCM111、NCM523、NCM622,再到现在的NCM811,由此带来的重要变化是:正极材料的释氧温度在逐步降低。

1

设计、制造等环节,何以问题百出?

从设计角度看,不少新能源汽车从业者对“车规级”动力电池的理解非常有限。

不少企业都是先生产常规的动力电池,然后看在车上往哪里安装合适,有的甚至哪里能“塞”就“塞”哪里,而非根据车的需要重新设计动力电池。

这一点在前几年的新能源汽车产品上表现得尤为突出。

电芯的一致性问题,给电池企业和整车企业带来不小的困扰,因为其性能的优劣决定着电池组整体水平,能直接影响电池组的寿命、安全以及动力电池的制造成本和维护成本。

2

测试验证何以严重不足?

如果产品在设计制造环节存在问题,后续的测试及验证环节为何没有及时发现?

01

首先

电池产品测试验证不足;

02

更重要的一点

不少企业的测试方法没能涵盖安全问题发生的原因。

为什么会出现验证时间严重不足?

企业又为何会自行缩短验证时间?

近两年的国家补贴政策在技术指标上每年提高一个台阶,并没有给企业留下充足的时间。

而不少企业则是为了拿到补贴而强行跟上标准变化的节奏。

片面追求长里程之祸

补贴政策一年一变、动力电池相关指标逐年提高似乎还不是最严重的。

以更长的续航里程、更高的电池能量密度作为补贴标准,才是最关键的导向问题。

还有一种观点认为:车身的扭转刚度会影响电动汽车的起火。

如果刚度比较小,在长期运行时候,电池包会受到一定的挤压,扭曲,可能会造成起火。

具体可以查阅这篇文章《电动汽车起火,或许和白车身扭转刚度指标有关》。

以上是相关对电池包起火原因的分析,作为螺丝君,我们从紧固件设计、安全、碰撞等要求,来分析一下与螺栓连接可能的原因。

01

电池包车身连接螺栓

电池包连接螺栓,

需要满足振动工况下,正常制动、前进、转向、过坑等工况下,不能产生滑动,结合面不能出现分离开口情况;

同时,安全碰撞条件下,加速度要求x方向28g,y方向15g不能出现螺栓断裂的情况。

仅仅按照上述这个要求计算出来的螺栓规格和数量,会比目前主流已经量产上市的车型会规格小和数量少。

特别是碰撞校核,可以按照总数量的一般来进行,只要按照总数量的一半能够满足剪切强度要求,认为碰撞要求是没有问题的。

因为碰撞时候载荷作用时间短,各个孔径之间又存在位置度公差,所以,认为此处考虑按照一半的螺栓来校核。

另外,需要考虑的是:此处螺栓往往会受到弯矩或者偏心轴力的影响,而由于电池包与车身连接面接触面积不大,所以,会产生较大的接触面分离开口的可能,此处受力较大。

具体计算分离开口或者偏心载荷距离a值的计算,我们在后续的文章中再进行详细的分析,如上图。

特斯拉model3(图2)、雪佛兰bolt(图3)、尼桑leaf(图4)为例来分析一下电池包车身连接螺栓的选用情况,见表1。

特斯拉model3

雪佛兰bolt

尼桑leaf

螺栓规格

数量

电池包重量kg

特斯拉model 3

M8

24(短)+4(长)

472

雪佛兰bolt

M10

10

428

尼桑leaf

M12+M10

8(M12)+4(M10)

297

表1 各车型螺栓连接规格和数量

02

前副车架螺栓连接

前副车架往往有蝶形(如图5)和框形(图6、7)之分。

图 5

图 6

图 7

对于燃油车来说,在碰撞时候为了保护发动机,一般要求碰撞后副车架能够脱落下沉,所以有些副车架与车身连接的套管设计成开口的形式。

但是,在电动汽车中如果副车架脱落下沉可能会碰到电池包,对电池包的安全造成很大的影响,因此,对于电动汽车,副车架与车身连接螺栓往往设计的会比较大,数量会更多。

MQB燃油车,副车架连接螺栓4个M12,

特斯拉,用4个M14和2个M12,

捷豹Ipace,用了6个M14的螺栓。

由此可见:电动汽车的螺栓前副车架螺栓连接为了碰撞安全螺栓规格是要更多,数量更多,特别对于框式副车架设计。

对于蝶形副车架由于前端距离车前部较长,车身零件能够吸收大部分能量,所以螺栓规格可以小一些。

如图7,这种设计,对于6个螺栓,每边3个,需要尽量前中后进行布置,这样,碰撞时候6个螺栓都能分担一部分能量,不至于螺栓碰断,特别是对于最后的螺栓,

如果设计都集中到前部或后部,由于框式副车架本身就靠近车身前部,碰撞发生时候前端螺栓基本上不能分担能量,

如果螺栓都集中到后方,能量都会被后面螺栓承担,而且中间不加螺栓的话,碰撞后副车架前端会下移,对后面螺栓引起很大的弯矩作用,造成螺栓的拉断,

如果螺栓断裂,就会影响电池包的安全,甚至造成起火的问题。

因此,电动汽车起火螺栓连接设计也是一个影响因素

总 结

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