淺析純電動公交動力電池頂置頂部結構設計

文/周劍喬（安徽安凱汽車股份有限公司）

為使純電動公交車車內空間寬敞、部件布局更加人性化，許多廠家采用了低入口設計。低入口設計提高了整車的檔次，使用上方便乘客上下車，減少上下客時間，與大城市的BRT站臺完美融合，但原來放在中段的動力電池必須重新布置。為保證車內空間，客車尾段大座椅靠背需盡量靠后設計，大座椅靠背下方空間有限，需布置高壓設備、冷卻系統、驅動電機等，無多余空間布置全部的動力電池，所以低入口公交車動力電池布置在車頂成為主流。動力電池頂置能夠使車內空間最大化，部件布置更加合理。

一、頂置動力電池安裝固定方式

1.獨立式固定

以6 箱電池為例，每箱動力電池獨立安裝固定，頂蓋骨架上預留每箱動力電池對應的安裝孔位，每箱預留6 個安裝孔。安裝時，逐一通過相應規格的螺栓進行安裝固定。頂蓋骨架上同時預留動力電池罩蓋安裝固定預埋，動力電池安裝完成后，安裝電池罩蓋用以對動力電池的防護。圖1 為動力電池獨立式安裝頂蓋骨架設計簡圖及安裝螺栓放大示意圖。

2.整體式固定

動力電池頂置整體式安裝固定，設計一個整體式的動力電池托架，托架包含6 箱動力電池的安裝孔和動力電池罩蓋安裝固定孔，同時頂蓋骨架上預留8 個動力電池托架的安裝孔位。安裝時，將6 箱的動力電池逐一安裝在整體式的動力電池托架上，然后將動力電池托架通過8 個相應規格的螺栓進行安裝固定，最后將電池罩蓋安裝在托架預留的空孔位上，用以對動力電池進行防護。圖2 為動力電池整體式安裝頂蓋骨架設計簡圖及頂蓋整體安裝截面圖。

圖1 獨立式結構設計簡圖

圖2 整體式結構設計簡圖

頂置動力電池的兩種安裝固定方式各有優勢。獨立式固定較整體式固定少了一個整體式的動力電池托架，在重量上有優勢，直接安裝在頂蓋骨架上，安裝螺栓的數量也相對較多。整體式固定由于多了一個整體式的動力電池托架，6 箱動力電池安裝在動力電池托架上，頂蓋骨架上只需要預埋8 個孔位用來安裝電池托架；而獨立式固定每箱動力電池需要在頂蓋骨架上預埋6 個孔位，共需預埋36 個孔位，在安裝時每個與頂蓋骨架接觸的螺栓均需要進行復雜的防水處理。因此整體式固定在安裝后期處理上比獨立式固定簡單，頂部漏水隱患也相對較少。

二、頂蓋骨架強度分析

6 箱標準箱動力電池重約1300kg，安裝在頂蓋上，在頂蓋骨架設計時，強度必須保證。整車骨架、底架設計完成后需建模對車身骨架進行強度、剛度和模態分析，檢驗設計方案的合理性。對設計后的骨架進行有限元分析，選取了彎曲工況、緊急制動工況、急轉彎工況，結果顯示，車身骨架前八階頻率變化不大，都分布在6～32Hz。由于車身骨架的固有頻率應該避開路面不平引起的振動，已知客車在城市道路行駛過程中路面激振頻率一般在1～3Hz，城市客車在行駛過程中電機的傳動軸怠速激振頻率一般大于30Hz，所以該結構的模態均滿足行駛要求。

三、頂部兩側裝飾罩

動力電池、空調以及天窗都安裝在公交車頂部，導致頂部部件高低不平、雜亂無章，影響整車美觀。針對這種情況，設計時在公交車頂部四周增加相應裝飾，對頂蓋骨架上安裝的部件進行遮擋，使外觀更和諧、大氣。遮擋主要針對頂置動力電池結構，因為動力電池箱體比空調等其他部件高，加上安裝了電池罩蓋，高度差更加明顯。裝飾罩有可拆卸和不可拆卸兩種。

1.可拆卸裝飾罩

兩側裝飾罩與整車車長相當，尺寸稍大，以保證外表面的平整度。采用鋁合金拉伸的鋁板通過支架和螺栓固定在車身頂部，兩側裝飾板下部與車頂預留20mm縫隙以便于車頂的雨水排出；在頂蓋骨架兩側預留孔位，在裝配時，頂部部件安裝完畢后，通過螺栓裝配兩側裝飾罩，如圖3 左側部分為可拆卸裝飾罩的截面圖，材料為鋁合金，整體裝配式，可拆卸。與此對應的前、后頂裝飾罩為了與兩側裝飾罩相融合，四周均是曲面造型，采用玻璃鋼整體成型，在車輛前、后頂相配合處鉚接鐵皮，通過焊接鉚接的鐵皮，將前后頂裝飾罩固定在車身上，而后隨整車一起油漆。

圖3 頂部兩側裝飾罩截面圖

2.不可拆卸裝飾罩

設計采用厚度為0.8mm 的蒙皮，保證外表面的平整度，根據設計弧線沖壓而成。頂蓋骨架的兩側通過焊接間隔800mm 的鐵板和前后貫通規格為20mm×20mm 的方形矩形管，將沖壓成型的蒙皮焊接在頂蓋骨架的兩側，兩側蒙皮下部與車頂預留20mm縫隙以便于車頂的雨水排出，焊接完成后隨整車進行電泳處理。如圖3 右側部分為不可拆卸裝飾板的截面圖，材料為0.8mm 的蒙皮件，整體沖壓件，焊接在頂蓋骨架上。與此對應的前、后頂裝飾罩與兩側的蒙皮材料相同，整體沖壓成型，在前后與側邊相連接處焊接而成，四周均是曲面造型，隨整車進行電泳處理。

兩種裝飾結構的外觀效果完全相同，整體裝飾效果見圖4，主要區別在于可拆卸裝飾罩材料是鋁板，優勢是安裝后無需作防水處理、可以拆卸，劣勢是成本較高；不可拆卸裝飾罩材料是鐵板蒙皮，優勢是成本較低，劣勢是不可拆卸及電泳處理后需對焊接處作防水處理。

圖4 頂部裝飾整體效果圖

四、結語

本文提出的動力電池頂置純電動公交的頂蓋骨架結構、動力電池安裝方式、頂部兩側裝飾設計，為純電動公交動力電池布置提供了一種設計思路。隨著動力電池頂置布置方式的廣泛應用，需要對其布置方式進行更多的探索。