隨著傳統(tǒng)動(dòng)力的乘用車日益電子化，需要更大的電池來運(yùn)行車載系統(tǒng)，這使得在發(fā)生嚴(yán)重的撞車事故中保護(hù)電池變得更加困難。
雖然電池周圍的結(jié)構(gòu)已經(jīng)很強(qiáng)大，能為正常碰撞提供足夠的保護(hù)，但在嚴(yán)重的撞車事故中，保護(hù)結(jié)構(gòu)本身會(huì)發(fā)生變形并可能刺穿電池，使電池?zé)o法工作。
這種情況下，需要對(duì)電池進(jìn)行額外的保護(hù)。
理想的做法是，以不犧牲設(shè)計(jì)或其他安全功能、不增加更多的重量或成本以及在汽車使用壽命期間不妨礙電池的維修或更換為前提。
為此，一個(gè)名為“電池碰撞保護(hù)”的新部件被開發(fā)出來，它可以在嚴(yán)重的碰撞事故中保護(hù)較大的12V電池——這是復(fù)合材料的一個(gè)正在成長(zhǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域。
嚴(yán)格的測(cè)試變得更加嚴(yán)格
12V電池防碰撞保護(hù)的設(shè)計(jì)方案
本已非常嚴(yán)格的美國(guó)聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車輛安全標(biāo)準(zhǔn)（簡(jiǎn)稱“FMVSS”）208，現(xiàn)在要求汽車制造商在正面障礙物測(cè)試期間，在30°偏移位置進(jìn)行測(cè)試。
該測(cè)試用的沖擊器被設(shè)計(jì)成完全錯(cuò)過框架軌道，這樣，就能在被推入發(fā)動(dòng)機(jī)艙之前，使保險(xiǎn)杠的一角受到重?fù)簟?/div>
此測(cè)試模擬的嚴(yán)重碰撞載荷，已促使通用汽車公司增強(qiáng)了電池盒，并開發(fā)了電池防碰撞護(hù)罩，它可將碰撞載荷分布在更大的面積上，以在汽車前端遭受撞擊時(shí)，防止電池長(zhǎng)時(shí)間被周圍的部件刺穿而發(fā)生短路。
這為在電池停止工作之前，由車載診斷來檢測(cè)碰撞并向第一響應(yīng)者發(fā)出“離機(jī)”安全呼叫提供了足夠的時(shí)間——當(dāng)乘客失去知覺或被束縛而無法撥打電話時(shí)，這一功能可以拯救生命。
這些防護(hù)罩被設(shè)計(jì)安裝在金屬的電池盒上，以將最靠近發(fā)動(dòng)機(jī)艙部件的電池部分包起來。
碰撞模擬表明，這些發(fā)動(dòng)機(jī)艙部件最有可能在嚴(yán)重的碰撞中損壞電池。
使用中，控制模塊和與蓄電池連接的其他部件懸掛在護(hù)罩上并固定到位，這樣就不會(huì)出現(xiàn)NVH問題。
在維護(hù)或更換電池期間，只需簡(jiǎn)單地將護(hù)罩移開即可，之后再放回去。
通用汽車公司正在開發(fā)新的、更強(qiáng)的電池盒和電池防碰撞護(hù)罩，以將碰撞載荷分布到更大的面積上（圖片來自通用汽車公司）
研究2018 款Buick Enclave運(yùn)動(dòng)型多用途汽車（SUV）的團(tuán)隊(duì)在開發(fā)后期發(fā)現(xiàn)， 為保護(hù)汽車的12V電池而設(shè)計(jì)的鋼護(hù)罩不能通過規(guī)定的碰撞測(cè)試。
在經(jīng)過屏障和落料倉測(cè)試后進(jìn)行的廣泛的計(jì)算機(jī)輔助工程分析（CAE），促使工程師們?yōu)椴考贫司哂刑魬?zhàn)性的性能要求。
為防止成本高昂的生產(chǎn)啟動(dòng)被延遲，他們請(qǐng)來了通用汽車公司的先進(jìn)材料與開發(fā)團(tuán)隊(duì)，以便快速找到一種替代技術(shù)。
碰撞測(cè)試過程
那是12月初，在假期前又安排了一次汽車碰撞測(cè)試，這對(duì)于SUV的認(rèn)證非常必要，該車將在3個(gè)月之內(nèi)被推出。
在對(duì)汽車作最后的碰撞測(cè)試之前，必須對(duì)新的防護(hù)罩設(shè)計(jì)、材料和模具等進(jìn)行創(chuàng)建和驗(yàn)證。
通用汽車公司的工程師們審查了早期的碰撞試驗(yàn)結(jié)果，并計(jì)算了金屬設(shè)計(jì)所經(jīng)受的荷載和沖擊力。
他們針對(duì)額外的負(fù)載情況，還評(píng)估了幾個(gè)額外的CAE模型，輸入后用于6? Pugh矩陣分析，以為材料評(píng)估制定關(guān)鍵指標(biāo)。
新的候選方案需要符合或超越所有的聯(lián)邦安全法規(guī)要求，包括阻燃要求（FMVSS 302），同時(shí)還要達(dá)到通用汽車公司的總體系統(tǒng)成本目標(biāo)。
考慮到時(shí)間緊迫，研究人員篩選出了6種采用短玻纖增強(qiáng)的商用結(jié)構(gòu)SMC級(jí)別，纖維在乙烯基酯樹脂/不飽和聚酯樹脂基體中的重量百分比是42%～49%，比重為1.5～1.9。
購(gòu)買材料后，成型出一些牌匾，將其切割成標(biāo)準(zhǔn)的試樣，然后測(cè)試材料。
考慮到30°偏離屏障測(cè)試的嚴(yán)重性，在儀表（Dynatup）沖擊試驗(yàn)中表現(xiàn)出高沖擊強(qiáng)度和抗穿刺性的材料被優(yōu)先選用。
在沖擊試驗(yàn)期間，沖擊器以6.6m/s的速度下落，試驗(yàn)在-40°、23°和125°C下完成。
結(jié)構(gòu)SMC級(jí)別中高的玻纖含量很難保持良好的潤(rùn)濕性。
當(dāng)研究人員用顯微鏡檢查破碎的樣品時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)，有明顯的玻璃纖維從基體中脫離，但沒有折斷。
3?數(shù)據(jù)傳播的特點(diǎn)是噪聲大，不能提供所需的安全邊際量。
由于沒有時(shí)間重新規(guī)劃，研究人員轉(zhuǎn)向采用不同的技術(shù)——玻璃纖維氈熱塑性復(fù)合材料（GMT）。
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