车用动力电池包受到局部挤压导致短路失效是电动汽车碰撞事故中危险性比较高的典型工况,尤其动力电池包常布置在车身地板底部,也尚未制定安全标准生产设计,低离地间隙引发更严重的碰撞事故,因此开展车用动力电池包底部碰撞安全性研究,对于提高动力电池包底部防护安全和电动汽车的整车安全性具有重要意义和实用价值。首先,从道路异物安全事故数据深入分析,对道路异物的关键特征进行简化提取,建立道路异物几何参数结构模型,并构建车用动力电池包底部碰撞运动学模型,真实、客观反映动力电池包底部碰撞响应。然后结合有限元仿真和球头挤压试验,探讨了薄板在机械加载下的变形失效机理,基于应变硬化材料理论,得出临界失效位移和最大加载力的两个简单表达式,应用于车用动力电池包底部结构失效预测分析。其次,对方形铝壳磷酸铁锂电池进行了压缩试验和电池拆解观察,发现电池宏观力学响应变化特征、变形失效模式以及电池内芯损伤三者高度一致,分析了电池不同阶段变形失效机理及其短路的原因,为锂离子电池有限元模型的建立提供材料参数和电池短路失效参数化,得出表征电池内部短路失效的力学参数:电池压缩变形量在4.5 mm以内安全,在4.5~6.0 mm潜在短路危险,6.0 mm以上电池发生短路失效。最后,将锂离子电池均质化分层有限元模型应用于车用动力电池包底部碰撞,全面分析动力电池包变形失效以及箱体、内架等内部固定结构和电池模组的碰撞安全性。结果表明,下箱体、塑料架、上压盖和内架等内部结构受到不同程度的挤压变形,其中下箱体受到最严重的碰撞冲击,箱体底部破裂穿孔导致电池模组直接与道路异物接触,加剧电池变形失效,发现电池最大压缩变形量为8.5 mm,远远超过电池变形安全阈值4.5mm,该款动力电池包结构存在安全隐患。对电池包箱体进行结构优化设计,发现双层板结构和泡沫夹层结构能够有效地保护电池,提高车用动力电池包碰撞安全性。锂离子电池在压缩载荷作用下的力学响应特性和内部短路失效分析结果、车用动力电池包底部碰撞安全性分析以及提出的电池包结构优化方案对提高车用动力电池包碰撞安全性具有指导意义和实用价值。