从碰撞安全的角度看电动车的轻量化
核心提示：众所周知，电动汽车的电池组不仅包括电芯，还有很多的保护壳来保护电芯不受损伤，这部分的重量相当可观。在 5 月份的「 智领未来」 论坛上，来自清华大学汽车工程系的周青教授为我们带来了关于汽车重量与碰撞安全的演讲。他认为，电动车势必要轻量化，而电池保护系统的设计原则也应该发生变化。 电动车的电池安全 电动汽车从整车设计角度来看，它的安全性和传统的内燃机车有什么区别？我认为没有本质的差别：它少了比较重的发动机和变速箱，多了比较重的电池，这是一个置换。虽然它在空间布置，质量分配上可能比传统内燃机车更为灵活，但是这个仅仅是从碰撞安全和结构设计的角度的角度来说的。电动车的设计，还有电机电池等，还存在着各种我们认知还不多的问题。 有什么问题呢？电动车电池并不安全。现实中包括美国官方对沃兰达做的碰撞试验（碰撞之后几周，车子自燃），包括在深圳比亚迪的碰撞起火事故，包括特斯拉的起火事故，还有我们自己做的实验：在我们自己的汽车碰撞实验室，有一个很高的落槌，大概八米高，我们拿一个电动车的电池，放在下面，我们第一次做带电的碰撞实验，我们测到，电池发生大的变形的时候，电压从额定电压就降到零，电池的变形破坏，跟电压陡降到零，有很强的相关性。原理是很简单的，就是它碰撞变形，内部发生破坏，电池内部的结构，有薄膜，分割正负极等等，发生碰撞就短路，然后放电生热，积累的热不能够及时散出去，超过周边材料的燃点，周边材料就会燃烧起来，就会着火，这是很简单的原理。 电动车电池保护原则应该改变 我们再看看电池的碰撞设计，以我的观点，电池的碰撞设计，目前效率还不是很高。假如一辆电动车里面的电池组重 200 公斤，大概只有 150 公斤是电芯，另外的 50 公斤就是电池的包装，电池的支撑，电池的保护箱等等。传统汽车的保险杠，只有 5 公斤到 8 公斤，加上两个前后梁也就 20 公斤左右，它用 20 公斤的结构保护整车 1000 公斤的碰撞安全。而电动车用 50 公斤的结构来保护 150 公斤的电池，效率非常低，不符合电动车节能环保的要求。目前大家对电动车电池的碰撞保护的设计认知过于保守，认为我要限制电池的侵入量。电池侵入量太高，就会破坏着火。而我觉得设计准则应该修正成不着火、不热失控，而不是不允许侵入，我要允许一定的侵入量，只要不着火就可以。就像传统汽车的碰撞，在碰撞中做到让人完全不受伤很难。 像 Tesla 那么大的电动车，成本比较高，我觉得将来的趋势是小型化，小型化的车用轻量化来弥补电池能量密度的不足。有人说，我开一个小车轻车，跟大车碰撞肯定是不安全的，这是显然的。但是大车和小车的差别，主要是乘员空间的大小，前面碰撞吸能空间也有一些差别，但是不大。基本上大车的碰撞减速度是小车的 86%，以我们做碰撞设计的经验，同样重量的两款车，设计的好与不好，在碰撞减速度的差别上都有可能超过 15%。也就是说，大车和小车在碰撞减速度上，确实有差别，但是如果能把乘员约束系统做的更好，可能会解决这个问题。 汽车重量与碰撞安全 车车碰撞时，车辆变形发生的顺序：小车的前端先变形，然后是大车前端变形，如果是事故足够严重，能量足够大，才发生小车乘员舱变形。我们考察一下车重和安全的规律，小车是有劣势，但是它在车车碰撞里，劣势不一定有那么大，另外看两车的碰撞，除了质量的差别，高度差别以外，尺寸差别也很重要，如果有技术把车做的比较大比较轻，它对碰撞安全也许是有好处的。在汽车碰撞事件里面，有多少事故是两车的高速碰撞，有多少事故是两车的低速碰撞，有多少事故是单车的高速碰撞，有多少事故是单车的低速碰撞，每年交通部都有统计，结论：很多车车碰撞强度都没有那么高，都是刮蹭和追尾之类，但很多严重的碰撞事故都是单车事故。 当将要发生单车事故的时候，你是希望在小车轻车里还是希望在重车里？这是我们初中牛顿力学就解释的问题，轻车携带的动能低，会相对安全一点。什么时候不安全呢？当你跟另外一个大车发生碰撞，你要吃亏的。所以我没有说小车安全或者不安全，我说的是轻量化的汽车在安全性上有利有弊。这是我的结论。 我们大概 1990 年代末的时候在美国做了一个研究，美国大概有二到三亿的汽车保有量，如果让整个汽车的平均车重从 1500 公斤或者 1800 公斤，降到 1200 公斤，整个交通事故的净伤亡人数绝对会下降，这是因为动能少了。我们的愿景是希望将来都是小车轻车。 总结一下，今后汽车的发展趋势是节能环保，小型轻量，追求个性化，智能化，谢谢大家！
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