浅谈新能源纯电动车白车身结构的分类与发展

于忠娟，刘宝新，陆恒

浅谈新能源纯电动车白车身结构的分类与发展

于忠娟1，刘宝新2，陆恒1

（1.安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心车身设计研究院，安徽 合肥 230601；2.安徽继远软件有限公司，安徽 合肥 230088）

文章首先着重论述了新能源纯电动车在车体结构方面的分类，接着阐述了续驶里程的增加和轻量化需求，最后论述车体结构的发展里程及纯电动车车体结构的发展趋势。

纯电动车；白车身

前言

新能源汽车作为汽车工业新时代发展的“至高点”，其产业发展将带来交通能源消费结构优化、城市空气污染减少等方面的经济和社会效益。新能源汽车产业化发展的直接推动力就是国家的相关政策扶植，近几年国家也明显加大了电动汽车的推广力度。电动车的续驶里程也由100 km向600 km的趋势发展。2010－2013年基本为国内电动车发展的起步期，电动车续驶里程仅为100～150 km；2013－2014年电池的容量与种类有一定的发展，续驶里程提升到150～200 km；2015－2017年车体结构进行了革新，提供更多的空间给予电池模组进行布置，续驶里程达到了200～300 km；2018年随着电池的升级换代及车体采用平台化设计，续驶里程已达到400～600 km以上。如下图1所示：

图1 纯电动车续驶里程的发展

根据电动车续驶历程的变化，电池有不同的类型，这也产生了不同的车体结构。再是轻量化是电动车减排效益最大化的重要手段之一，在白车身设计时其具有重要的意义。所以根据材料轻量化方面考虑又分为不同的车体结构。下面进行说明介绍。

1 根据电池形式车体结构分类

前期设计的电动车基本在燃油车基础上进行的改造设计，上车体借用燃油车，下车体结合电动车底盘自身特点进行匹配性改造。目前多采用两种电池结构形式：分离式电池和一体式电池。所以白车身的结构分类以电池的结构为划分的依据下，与之匹配车体结构就有匹配分离式电池的与匹配一体式电池的两种类型白车身。

分离式电池也存在不同的布置形式，第一种是一代电动车，由于设计的电动车续驶里程较短，电池的分块设计尺寸也较小（后地板下部与后备箱两部分）。再加上处于纯电动车的初步发展阶段。电动车是在某款基本型基础上进行改装的。以同悦电动车型为例，共安装两块梯形的电池结构，一块在后排座椅下面，一块在后备箱（将备胎池改装而成），使得电池重量没有完全集中于后备箱，亦给后备箱留下了足够的空间，如图2所示。

图2 匹配分离式电池的白车身结构形式一

第二种由于电动车续驶里程的需要与基础车型尺寸的限制，电池分为两个部分（整个地板下部与后备箱部分）。此种车型虽然在续驶里程上有较大提升，但在电池布置上，其中一块放置在后备箱内，如此在尾碰时有较大风险。为保证电池免受碰撞损伤，在车体结构上需设计框架结构，车体的成本及重量大大增加。

图3为匹配分离式电池相应的车体结构，但分离式电池在行业内用的较少，较多采用一体式电池。匹配一体式电池的车型由电池框架和车身框架两方面组成，有效地提升牢固性和可靠性；通过连接部件，对电池从前到后外轮廓设计支撑结构。此双向加强结构，对车身的整体性能更有利。地板结构改变主要集中在前地板和中地板处，设计时应尽量考虑与传统车共平台，降低成本。

从图4可以看出，传统车为单一加强，电动车为双向加强，对车身的整体性能更有利。

图4 匹配一体式电池的白车身结构形式

2 根据材料车体结构分类

整车质量与续驶里程成反比例关系，重量越大续驶里程越短。为了提升电动车的续驶里程，轻量化便显得尤为重要。轻量化的手段分为结构轻量化、材料轻量化和工艺轻量化。材料轻量化是利用轻质材料替代原来的钣金材料。如此便产生了不同材料的车体结构。所以电动车车体分为全铝白车身、钢制白车身、钢铝混合白车身、钢铝碳混合白车身。

第一种全铝白车身，此类车型代表款有Model S。全铝车身顾名思义白车身的主要材料使用的铝合金。铝合金能够实现30%的减重，但是在一些影响碰撞性能的部件上还是采用的高强度钢或超高强度钢，也就是全铝冲压车身只是铝合金的占比较高，很难达到100%的纯铝车身。一般定义铝合金比例60%以上便为全铝白车身[1]。

图5 Model S

第二种全钢冲压白车身，目前国内市场诸多车型采用的此种结构形式。车型投入成本低，在轻量化方面主要从结构、板材厚度、配置精简等方面实现减重。此类车型较多，在此以江淮iC5为代表。

图6 江淮iC5

第三种钢铝混合白车身，此类车为钢板与铝合金搭接而成的白车身[2]。铝合金比例20%～60%，铝合金区域连接上主要以铆接+胶接为主。它具有安全、重量轻、强度高、抗腐蚀性好、高拓展性等诸多特点，此类车型代表款有Model 3。

图7 Model 3

第四种钢铝碳混合白车身，以钢为主要材料，融合铝、碳纤维进行多材料混合设计。对于碳纤维复合材料的应用，已逐渐由中高端车向平价车延伸、由概念展示向量产应用转化、由覆盖件/装饰件向结构件/功能件转变[3]。目前宝马i3、i8将碳纤维作为主要材料，打造替代车身的模块，减重效果显著，多厂家碳纤维覆盖件已实现量产。此类车型代表款宝马i3。

图8 宝马i3

3 纯电动车白车身结构的发展

在国内电动车发展初期，已量产的主流纯电动轿车以传统燃油车改制为主，这样开发车型投入的成本较低，在电动车发展的起步期是非常适用的。但也存在限制电池布置空间的缺点。为了保证电池在碰撞过程中没有受力变形，在框架结构上做的也较为复杂，可称之为第一代电动车白车身。

随着对续驶里程提升需求，进一步对原下车体结构进行了优化设计。在前纵梁后部的结构设计进行优化，传递路径由“人”字型向后传递改为直接传递到门槛上。简化了骨架结构。同时给电池提供了更多的空间进行布置，从而提升续驶里程。这便产生了第二代电动车白车身。

图9 第一代电动车白车身

图10 第二代电动车白车身

由于油改电平台上设计的电动车，下车身的框架设计受到传统车结构、电池框架、成本及轻量化限制等多重约束。随着电动车行业发展，对于电动车的白车身要求越来越趋于专用化设计，而不是简单地在燃油车基础上进行改制。考虑到客户对电动车的续驶里程有不同的需要，兼顾考虑开发成本最低化，在后期的电动车开发时便以全新的平台进行开发。如图11所示。

图11 第三代电动车白车身

图12 电动车模块化平台

第三代电动车白车身具备两个特点，其一是白车身骨架结构更为简化，铰接点处具有较高的刚度；其二是为电动车专属平台化设计，围绕电池组进行布局，电池组、电机等核心组件均设定固定的位置打造不同车身轴距，不同续驶里程的车体结构。在平台化设计，目前大众汽车走在前列，他们把这种结构叫MEB平台[4]（MEB全称“电动车模块化平台”，以电池布置为核心，底盘部件要实现通用化，打造不同车身轴距，不同续驶里程，车辆具有较长的轴距和较短的前后悬，带来更大的驾驶舱空间和更舒适的坐姿，同时智能化水平支持全自动驾驶）。

平台化的设计开辟了纯电动车开发新征程。电池组布置是此平台设计的核心，最大化通用底盘核心组件，如图13所示。白车身适应电池及轴距、前后悬尺寸的需要，进行模块化、通用化设计。开发不同尺寸、低成本、高适应性的白车身。ID3 为大众MEB平台的开山之作，其围绕电池组、电机等核心零部件进行的MEB平台化设计，实现了电动车车身长轴距和短前后悬的布置特点。对ID3的车体结构进行分析，来研究MEB平台作为大众电动车特有平台的设计特点。

图13 底盘核心部件图

从表1中可以看出，iD3与iD.4X在长、宽、高尺寸上均有差别。要实现平台化设计理念，完成尺寸变化时，在长度上是通过前防撞梁吸能盒的长短、前地板的长短、后地板与后纵梁的长短几个方面来实现；宽度上通过前地板宽度变化、门槛内外板及侧围外板宽度变动来实现，其中侧围外板的造型变化实现宽度变化较为常用；高度方向通过不同尺寸轮胎、塔包安装悬置高度变化来实现。通过以上尺寸变化满足于匹配不同大小的电池，开发多款车型的目的。这种设计理念，将使开发部件通用化率高，大大缩短了开发周期，降低了开发成本。这种白车身设计模式，将在汽车行业中广泛推广，不但能够提高产品换代速度，更能大大节省资本投入。

表1 ID3与iD.4X基本信息对比表

序号iD3iD.4X 长度/mm4 2614 612 宽度/mm1 8091 852 高度/mm1 5221 640 轴距/mm2 7652 765 续航里程/km330/420/550555 驱动方式后置后驱/四驱后置后驱/四驱

4 总结

目前的电动车下车身骨架具有两个特点：一是骨架更加简化；二是由传统车改制电动车向平台化设计转换。随着汽车行业的发展及人们生活水平的提高，电动车发展市场的不断扩大，电动车的转型升级势在必行，智能化、电动化将是主流。以白车身平台化设计电动车将是各大车企主导开发方向，将推动电动汽车进入高速发展阶段。

[1] 于忠娟.纯电动车轻量化的白车身结构设计研究[D].合肥:合肥工业大学,2021.

[2] 董全省.纯电动汽车车身轻量化的设计与研究[D].武汉:武汉理工大学,2013.

[3] 曾土伟.新型材料在汽车轻量化中的应用[D].长沙:湖南大学, 2019.

[4] 赵文博.电动专属平台:未来汽车市场竞争利器[N].新能源汽车报, 2019-03-25.

Development of New Energy Pure Electric Vehicle Body Structure

YU Zhongjuan1, LIU Baoxin2, LU Heng3

（1. Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Technical Center Body Research Insititute, Anhui Hefei 230601;2.Anhui Jiyuan Software Co., Ltd., Anhui Hefei 230088）

The article first focuses on the different classification of new energy pure electric vehicle structure, then expounds the increase of continued driving mileage and lightweight demand, and finally discusses the development mileage of car vehicle structure and the development trend of pure electric vehicle vehicle structure.

A

1671-7988(2021)22-08-04

U469.7

A

1671-7988(2021)22-08-04

CLC NO.: U469.7

于忠娟（1980—），女，高级工程师，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心车身设计研究院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.022.003