汽車檢測(cè)與維修專業(yè)畢業(yè)論文-電動(dòng)汽車的安全性分析與研究

摘要電動(dòng)汽車在充電及運(yùn)行過(guò)程中，可能出現(xiàn)意外事故，造成動(dòng)力系統(tǒng)的竄動(dòng)、擠壓、短路、開裂、漏電、熱沖擊、爆炸、燃燒等。因此，電動(dòng)汽車的平安性研究及其防范技術(shù)正在引起世界各國(guó)相關(guān)專家的高度重視，并投入了大量的人力物力進(jìn)行研究。本文重點(diǎn)分析了電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)可能對(duì)乘員產(chǎn)生的各種傷害，包括電動(dòng)汽車的電傷害、電動(dòng)汽車電池的燃燒爆炸傷害、電池電解液的泄漏和電池有害氣體釋放引發(fā)的傷害等方面，具體分析了它們產(chǎn)生的原因和可能引起的后果。研究了電動(dòng)汽車幾種常用動(dòng)力電池的平安特性，包括鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池和燃料電池，以及它們各自可能存在的平安隱患和產(chǎn)生平安問(wèn)題的機(jī)理。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車動(dòng)力電池平安性試驗(yàn)研究性能評(píng)價(jià)

AbstractElectricvehiclechargingandoperationprocess,possibleaccidents,resultinginpowersystemmovement,extrusion,shortcircuit,cracking,leakage,explosion,combustion,thermalshock.Therefore,thesafetyofelectricvehicleresearchandpreventiontechnologyisbeingcausedbyworldexpertsattachgreatimportance,andspentalotofmanpowerandresourcesforresearch.Thepossiblemechanismsthatthepowersystemofelectricvehicleshurtspassengerswereanalyzedinthepaper,includingelectricinjury,chemicalinjury,burninginjury,andetc.Thereasonsthatcausetheseinjurieswereanalyzedindetail.Thesafetycharacteristicsofthebatteriesthatelectricvehicleisincommonuse,suchasexcidebattery,MH-Nibattery,Li+battery,andfuelbattery,areresearched.Keywords:electricvehicle;powersystem;safetyperformance,testresearch,performanceappraising。

目錄第一章緒論…………8第二章電動(dòng)汽車的開展現(xiàn)狀………92.1國(guó)內(nèi)外各國(guó)電動(dòng)汽車開展…………………92.2國(guó)外電動(dòng)汽車研發(fā)成果……………………102.3國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車研發(fā)成果……………………10第三章電動(dòng)汽車常用動(dòng)力電池平安特性研究…………………123.1鉛酸電池組成及其工作原理……………123.2鎳氫蓄電池…………………133.3電動(dòng)汽車用鋰離子電池特性研究…………133.4電動(dòng)汽車用燃料電池特性研究…………16第四章電動(dòng)汽車常見傷害及其防護(hù)……………194.1電動(dòng)汽車的高電壓傷害及其防護(hù)…………194.2電動(dòng)汽車蓄電池燃燒爆炸問(wèn)題及其防護(hù)…………………204.3電動(dòng)汽車蓄電池化學(xué)傷害問(wèn)題及其防護(hù)…………………21總結(jié)……………22參考文獻(xiàn)……………23致謝……………24

第一章緒論汽車平安性研究的背景與意義汽車平安作為現(xiàn)代汽車技術(shù)研究的三個(gè)重要研究之一，在全國(guó)乃至全世界范圍內(nèi)都受到了廣泛關(guān)注。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的快速增長(zhǎng)，大家生活水平不斷提高及平安意識(shí)的增強(qiáng)，汽車工業(yè)和交通運(yùn)輸事業(yè)將不斷地向更高的層次開展，我們將會(huì)需要更平安的汽車。提高汽車的平安性不僅可以減少各種汽車事故中的人員傷亡和社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失，而且將直接影響交通運(yùn)輸環(huán)境和大家的幸福生活。電動(dòng)汽車作為21世紀(jì)最綠色環(huán)保汽車，其市場(chǎng)化前景已成必然。隨著國(guó)家“863〞方案的全面實(shí)施，混合燃料動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車等一系列節(jié)能環(huán)保汽車的開發(fā)研究工程相繼啟動(dòng)。對(duì)電動(dòng)汽車平安性進(jìn)行分析和研究，建立電動(dòng)汽車平安標(biāo)準(zhǔn)將勢(shì)在必行。然而，由于電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車有很大的差異，其存在的平安性隱患也不同于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車。因此，隨著電動(dòng)汽車研究工作的深入及其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快，對(duì)電動(dòng)汽車的平安性能的研究是非常必要地。相對(duì)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車而言，由于采用高電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電動(dòng)汽車其平安性問(wèn)題更為突出。這是因?yàn)殡妱?dòng)汽車為了到達(dá)較好的資源利用率，動(dòng)力電壓就不斷提高，由以往的幾十伏已經(jīng)提高至目前的１００～６００伏，甚至更高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)平安電壓36V，一旦發(fā)生觸電事故，對(duì)人體的傷害將非常嚴(yán)重。因此在傳統(tǒng)汽車結(jié)構(gòu)平安的根底上,其動(dòng)力系統(tǒng)的平安性問(wèn)題更加受到重視。此外,由于動(dòng)力蓄電池充放電特性,容易造成燃燒、爆炸、可燃?xì)怏w聚集等問(wèn)題。因此,進(jìn)行電動(dòng)汽車平安性研究具有極為重大的意義。

第二章電動(dòng)汽車的開展現(xiàn)狀2.1國(guó)內(nèi)外各國(guó)電動(dòng)汽車開展目前，開展電動(dòng)汽車，實(shí)現(xiàn)汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的電氣化，推動(dòng)傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，在國(guó)際上已經(jīng)形成了大潮流。根據(jù)各大汽車公司發(fā)布的產(chǎn)品上市方案，2021年將迎來(lái)國(guó)際電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化開展的一次高潮。電動(dòng)汽車一旦取得市場(chǎng)突破，必將對(duì)國(guó)際汽車產(chǎn)業(yè)格局產(chǎn)生巨大而深遠(yuǎn)的影響。因此，為了順應(yīng)國(guó)際汽車工業(yè)開展潮流，把握交通能源動(dòng)力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略機(jī)遇，堅(jiān)持自主創(chuàng)新，我國(guó)應(yīng)該發(fā)動(dòng)各方面的力量，加快推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)開展，搶占未來(lái)汽車產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車工業(yè)由大變強(qiáng)和自主開展。一、各國(guó)政府相繼發(fā)布電動(dòng)汽車開展戰(zhàn)略和國(guó)家方案，進(jìn)一步為產(chǎn)業(yè)開展指明了方向。美國(guó)奧巴馬政府實(shí)施綠色新政，把電動(dòng)汽車作為國(guó)家戰(zhàn)略的重要組成，方案到2021年普及100萬(wàn)輛插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車〔PHEV〕。日本把開展電動(dòng)汽車作為“低碳革命〞的核心內(nèi)容，并方案到2021年普及包括電動(dòng)汽車在內(nèi)的“下一代汽車〞到達(dá)1350萬(wàn)輛，為完成這一目標(biāo)，日本到2021年方案開發(fā)出至少17款純電動(dòng)汽車、38款混合動(dòng)力車。德國(guó)政府在2021年11月提出未來(lái)10年普及100萬(wàn)輛純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車，并宣稱該方案的實(shí)施，標(biāo)志德國(guó)將進(jìn)入電動(dòng)汽車時(shí)代。國(guó)家戰(zhàn)略的發(fā)布實(shí)施，對(duì)產(chǎn)業(yè)開展有著十分重要的導(dǎo)向作用，必將進(jìn)一步加快國(guó)際電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)開展的進(jìn)程。二、動(dòng)力電池得到高度重視，研發(fā)投入急劇增加，電動(dòng)汽車技術(shù)瓶頸突破的預(yù)期大大增強(qiáng)。美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬2021年8月宣布安排24億美元支持PHEV的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，其中20億美元用來(lái)支持先進(jìn)動(dòng)力電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。日本政府提出“誰(shuí)控制了電池，誰(shuí)就控制了電動(dòng)汽車〞，并組織實(shí)施國(guó)家專項(xiàng)方案，在2021年以前將投入400多億日元用于先進(jìn)動(dòng)力電池技術(shù)研究，2021年左右新型鋰電池將規(guī)模應(yīng)用于下一代電動(dòng)汽車。德國(guó)從今年起啟動(dòng)了一項(xiàng)4.2億歐元的車用鋰電池開發(fā)方案，幾乎所有德國(guó)汽車和能源巨頭均攜資參加。三、各國(guó)政府加大政策支持力度，全力推進(jìn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化。一方面，政府加大對(duì)消費(fèi)者的政策鼓勵(lì)，加快電動(dòng)汽車的市場(chǎng)培育。美國(guó)對(duì)PHEV實(shí)施稅收優(yōu)惠，減稅額度在2500美元和15000美元之間。日本從2009年4月1日起實(shí)施新的“綠色稅制〞，對(duì)包括純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力車等低排放且燃油消耗量低的車輛給予稅賦優(yōu)惠，一年的減稅規(guī)模約為2100億日元，是現(xiàn)行優(yōu)惠方法減稅額的10倍。英國(guó)從2009年4月1日起執(zhí)行新汽車消費(fèi)稅，對(duì)純電動(dòng)汽車免繳消費(fèi)稅。法國(guó)對(duì)購(gòu)置低排放〔二氧化碳〕汽車的消費(fèi)者給予最高5000歐元的獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)高排放汽車進(jìn)行最高2600歐元的懲罰。另一方面，政府通過(guò)加大信貸支持等措施，鼓勵(lì)整車企業(yè)加快電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化。美國(guó)政府對(duì)電動(dòng)汽車生產(chǎn)予以貸款資助。2009年6月23日，福特、日產(chǎn)北美公司和Tesla汽車公司獲得80億美元的貸款，主要用于混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車的生產(chǎn)。歐盟在2021年上半年發(fā)放70億歐元貸款，支持汽車制造商開展電動(dòng)汽車；此外，美國(guó)新的汽車燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)和歐盟新車平均二氧化碳排放法規(guī)，對(duì)汽車的技術(shù)要求大幅提高，如果不開展電動(dòng)汽車技術(shù)，汽車制造商將很難到達(dá)新法規(guī)的要求。四、純電動(dòng)汽車得益于高性能鋰離子電池的開展應(yīng)用，受到各國(guó)政府和各大汽車公司的重新重視，產(chǎn)業(yè)化步伐不斷加快。日產(chǎn)汽車公司宣布2021年在美國(guó)和日本銷售純電動(dòng)汽車，方案于2021～2021年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模上市，其量產(chǎn)車型“樹葉〞已經(jīng)正式發(fā)布。三菱、雷諾、豐田、寶馬等汽車公司也開發(fā)出小型純電動(dòng)轎車，并方案在2021年前后批量上市。美國(guó)、日本、法國(guó)、德國(guó)、以色列等國(guó)政府都制定了純電動(dòng)汽車推廣方案，電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)建設(shè)工程也陸續(xù)啟動(dòng)。隨著汽車造成的環(huán)境污染和石油危機(jī)日益嚴(yán)重，20世紀(jì)90年代以來(lái)，電動(dòng)汽車研究開始受到重視。經(jīng)過(guò)近20年的研究，已經(jīng)在電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)集成、試驗(yàn)應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)了全面突破，目前世界上主要國(guó)家爭(zhēng)相開展產(chǎn)業(yè)化工作。2.2國(guó)外電動(dòng)汽車研發(fā)成果1993年美國(guó)政府組織企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)成立“新一代汽車合作方案〞〔PNGV〕，聯(lián)合開展電動(dòng)汽車研究，法、德、日等興旺國(guó)家紛紛采取政府引導(dǎo)、企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合的方式加強(qiáng)電動(dòng)汽車開發(fā)研究。1997年以來(lái)，豐田汽車公司推出兩代“Prius〞混合動(dòng)力轎車，截止到2004年底，豐田汽車公司累計(jì)銷量25萬(wàn)輛混合動(dòng)力轎車，占全球混合動(dòng)力汽車總數(shù)90%。2000年本田公司的“Insight〞混合動(dòng)力轎車投放市場(chǎng)，2002年Civic混合動(dòng)力汽車投放美國(guó)市場(chǎng)。1999年以來(lái)，本田汽車公司先后推出“FCXV1、V2、V3、V4、〞燃料電池汽車，進(jìn)行可靠性、碰撞平安性、道路試驗(yàn)等內(nèi)容的認(rèn)證試驗(yàn)。2001年以來(lái)，通用汽車公司先后推出了“Autonomy〞、“HyWire〞和“Sequel〞三種燃料電池轎車，其中“Sequel〞燃料電池轎車集成了燃料電池、線傳操控系統(tǒng)、輪轂電機(jī)和全鋁合金車身等先進(jìn)技術(shù)，是一部走向?qū)嵱没娜剂想姵仄嚒?.3國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車研發(fā)成果“十五〞方案期間，中國(guó)科技部投入8.8億元全面啟動(dòng)863電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)，制定了“三縱三橫〞的總體研發(fā)布局：以混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車為“三縱〞，以多能源動(dòng)力總成控制、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力蓄電池為“三橫〞，全面構(gòu)筑電動(dòng)汽車的技術(shù)平臺(tái)。經(jīng)過(guò)多年的探索與努力，我國(guó)在新能源汽車電池、電機(jī)、電控三大關(guān)鍵技術(shù)上相繼取得突破，并開始產(chǎn)業(yè)化。清華大學(xué)和天津清源電動(dòng)車輛研制純電動(dòng)轎車和純電動(dòng)客車均已通過(guò)國(guó)家質(zhì)檢中心的型式認(rèn)證試驗(yàn)。東風(fēng)汽車公司與武漢理工大學(xué)等籌資創(chuàng)立東風(fēng)電動(dòng)車輛股份，開展混合動(dòng)力汽車研發(fā)，其開發(fā)的EQ6100HEV混合動(dòng)力客車于2003年11月8日在武漢開始示范運(yùn)行工作，已累計(jì)運(yùn)行14萬(wàn)多公里，載客15萬(wàn)人次。2004年一汽集團(tuán)和豐田汽車公司簽署協(xié)議，方案引進(jìn)其“Prius〞混合動(dòng)力汽車技術(shù)，建設(shè)“綠色〞汽車生產(chǎn)基地。建立了電動(dòng)汽車研發(fā)的國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)、測(cè)試檢驗(yàn)平臺(tái)、政策法規(guī)平臺(tái)和示范應(yīng)用平臺(tái)。到目前為止，電動(dòng)汽車整車產(chǎn)品13項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)已起草完成、5項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)修訂完成、6項(xiàng)關(guān)鍵零部件產(chǎn)品測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)也已確定。測(cè)試電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)等部件的6個(gè)公共檢測(cè)中心和試驗(yàn)平臺(tái)已分別在北京、天津、上海、大連建立起來(lái)。經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)研發(fā)、功能性樣車試驗(yàn)、示范性應(yīng)用，我國(guó)的電動(dòng)汽車已經(jīng)具備了初步產(chǎn)業(yè)化條件。

第三章電動(dòng)汽車常用動(dòng)力電池平安特性研究電動(dòng)汽車的關(guān)鍵局部是動(dòng)力電池，電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力電池的要求：在國(guó)內(nèi)外開發(fā)的電動(dòng)汽車中，通常使用的動(dòng)力電池有鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池以及燃料電池等。對(duì)于電動(dòng)汽車動(dòng)力電池平安特性的研究，是分析動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車的平安性的前提。本章分別研究了鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池、燃料電池這四種常用的動(dòng)力電池的平安特性及其存在的平安隱患，并分析了平安事故產(chǎn)生的機(jī)理。3.1鉛酸電池組成及其工作原理①鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)鉛酸蓄電池主要由正極板組、負(fù)極板組、隔板、容器、電解液及附件等局部組成。極板組是由單片極板組合而成，單片極板又由基極(又叫極柵)和活性物質(zhì)構(gòu)成。鉛酸蓄電池的正負(fù)極板常用鉛銻合金制成，正極的活性物是二氧化鉛，負(fù)極的活性物質(zhì)是海綿狀純鉛。極板按其構(gòu)造和活性物質(zhì)形成方法分為涂膏式和化成式。涂膏式極板在同容量時(shí)比化成式極板體積小、重量輕、制造簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉，因而使用普遍;缺點(diǎn)是在充放電時(shí)活性物質(zhì)容易脫落，因而壽命較短?；墒綐O板的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)，在放電過(guò)程中活性物質(zhì)脫落較少，因此壽命長(zhǎng)；缺點(diǎn)是笨重，制造時(shí)間長(zhǎng)，本錢高。隔板位于兩極板之間，防止正負(fù)極板接觸而造成短路。材料有木質(zhì)、塑料、硬橡膠、玻璃絲等，現(xiàn)大多采用微孔聚氯乙烯塑料。電解液是用蒸餾水稀釋純濃硫酸而成。其比重視電池的使用方式和極板種類而定，一般在1.200－1.300(25℃)之間(充電后)。容器通常為玻璃容器、襯鉛木槽、硬橡膠槽或塑料槽等。②鉛酸蓄電池的工作原理蓄電池是通過(guò)充電將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能貯存起來(lái)，使用時(shí)再將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能釋放出來(lái)的化學(xué)電源裝置。它是用兩個(gè)別離的電極浸在電解質(zhì)中而成。由復(fù)原物質(zhì)構(gòu)成的電極為負(fù)極。由氧化態(tài)物質(zhì)構(gòu)成的電極為正極。當(dāng)外電路接近兩極時(shí)，氧化復(fù)原反響就在電極上進(jìn)行，電極上的活性物質(zhì)就分別被氧化復(fù)原了，從而釋放出電能，這一過(guò)程稱為放電過(guò)程。放電之后，假設(shè)有反方向電流流入電池時(shí)，就可以使兩極活性物質(zhì)回復(fù)到原來(lái)的化學(xué)狀態(tài)。這種可重復(fù)使用的電池，稱為二次電池或蓄電池。如果電池反響的可逆變性差，那么放電之后就不能再用充電方法使其恢復(fù)初始狀態(tài)，這種電池稱為原電池。電池中的電解質(zhì)，通常是電離度大的物質(zhì)，一般是酸和堿的水溶液，但也有用氨鹽、熔融鹽或離子導(dǎo)電性好的固體物質(zhì)作為有效的電池電解液的。以酸性溶液(常用硫酸溶液)作為電解質(zhì)的蓄電池，稱為酸性蓄電池。鉛酸蓄電池視使用場(chǎng)地，又可分為固定式和移動(dòng)式兩大類。鉛酸蓄電池單體的標(biāo)稱電壓為2V。實(shí)際上，電池的端電壓隨充電和放電的過(guò)程而變化。鉛酸蓄電池在充電終止后，端電壓很快下降至2.3伏左右。放電終止電壓為1.7－1.8伏。假設(shè)再繼續(xù)放電，電壓急劇下降,將影響電池的壽命。鉛酸蓄電池的使用溫度范圍為＋40℃―－40℃。鉛酸蓄電池的安時(shí)效率為85%－90%，瓦時(shí)效率為70%，它們隨放電率和溫度而改變。鎳氫電池的組成及其根本工作原理鎳氫電池由鎳氫化合物正電極、貯氫合金負(fù)電極以及堿性電解液〔比方30%的氫氧化鉀溶液〕組成，充、放電時(shí)的電化學(xué)反響分別如下：充電時(shí):正極反響：Ni(OH)2+OH-→NiOOH+H2O+e-負(fù)極反響：M+H2O+e-→MH+OH-總反響：M+Ni(OH)2→MH+NiOOH放電時(shí):正極：NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-負(fù)極：MH+OH-→M+H2O+e-總反響：MH+NiOOH→M+Ni(OH)2以上式中M為儲(chǔ)氫合金，MH為吸附了氫原子的儲(chǔ)氫合金。最常用儲(chǔ)氫合金為L(zhǎng)aNi5。3.2.鎳氫蓄電池屬于堿性電池，電池不含鎘、銅，不存在重金屬污染問(wèn)題。鎳氫蓄電池以其高比能量、長(zhǎng)壽命、適合大電流放電、無(wú)污染等綜合優(yōu)異性能，成為電動(dòng)汽車用蓄電池首選。目前,電動(dòng)汽車市場(chǎng)各種蓄電池所占份額:鎳氫蓄電池為64%,鋰離子蓄電池為15%,鉛酸蓄電池為11%,其他為10%。3.3電動(dòng)汽車用鋰離子電池特性研究鋰離子電池的結(jié)構(gòu)與工作原理：鋰離子電池是指分別用二個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來(lái)完成電池充放電工作的，獨(dú)特機(jī)理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池〞，俗稱“鋰電〞?！虍?dāng)電池充電時(shí)，鋰離子從正極中脫嵌，在負(fù)極中嵌入，放電時(shí)反之。這就需要一個(gè)電極在組裝前處于嵌鋰狀態(tài)，一般選擇相對(duì)鋰而言電位大于3V且在空氣中穩(wěn)定的嵌鋰過(guò)渡金屬氧化物做正極，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4?！蜃鰹樨?fù)極的材料那么選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物，包括SnO、SnO2、錫復(fù)合氧化物SnBxPyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2＋3x＋5y)/2)等。◎電解質(zhì)采用LiPF6的乙烯碳酸脂〔EC〕、丙烯碳酸脂〔PC〕和低粘度二乙基碳酸脂〔DEC〕等烷基碳酸脂搭配的混合溶劑體系?！蚋裟げ捎镁巯┪⒍嗫啄と鏟E、PP或它們復(fù)合膜，尤其是PP/PE/PP三層隔膜不僅熔點(diǎn)較低，而且具有較高的抗穿刺強(qiáng)度，起到了熱保險(xiǎn)作用?！蛲鈿げ捎娩摶蜾X材料，蓋體組件具有防爆斷電的功能。3.4電動(dòng)汽車用燃料電池特性研究3．4．2燃料電池的特點(diǎn)燃料電池十分復(fù)雜，涉及化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、電催化、材料科學(xué)、電力系統(tǒng)及自動(dòng)控制等學(xué)科的有關(guān)理論，具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)。總的來(lái)說(shuō)，燃料電池具有以下特點(diǎn)：(1〕能量轉(zhuǎn)化效率高他直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過(guò)燃燒過(guò)程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。目前燃料電池系統(tǒng)的燃料—電能轉(zhuǎn)換效率在45%～60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%～40%?！?〕有害氣體SOx、NOx及噪音排放都很低CO2排放因能量轉(zhuǎn)換效率高而大幅度降低，無(wú)機(jī)械振動(dòng)?！?〕燃料適用范圍廣。〔4〕積木化強(qiáng)規(guī)模及安裝地點(diǎn)靈活，燃料電池電站占地面積小，建設(shè)周期短，電站功率可根據(jù)需要由電池堆組裝，十分方便。燃料電池?zé)o論作為集中電站還是分布式電，或是作為小區(qū)、工廠、大型建筑的獨(dú)立電站都非常適宜?！?〕負(fù)荷響應(yīng)快，運(yùn)行質(zhì)量高燃料電池在數(shù)秒鐘內(nèi)就可以從最低功率變換到額定功率，而且電廠離負(fù)荷可以很近，從而改善了地區(qū)頻率偏移和電壓波動(dòng)，降低了現(xiàn)有變電設(shè)備和電流載波容量，減少了輸變線路投資和線路損失。燃料電池能量變化燃料電池為了利用煤或者石油這樣的燃料來(lái)發(fā)電，必須先燃燒煤或者石油。它們?nèi)紵龝r(shí)產(chǎn)生的能量可以對(duì)水加熱而使之變成蒸汽，蒸汽那么可以用來(lái)使渦輪發(fā)電機(jī)在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)。這樣就產(chǎn)生了電流。換句話說(shuō)，我們是把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，然后把熱能轉(zhuǎn)換為電能。在這種雙轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，許多原來(lái)的化學(xué)能浪費(fèi)掉了。然而，燃料非常廉價(jià)，雖有這種浪費(fèi)，也不阻礙我們生產(chǎn)大量的電力，而無(wú)需昂貴的費(fèi)用。還有可能把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，而無(wú)需先轉(zhuǎn)換為熱能。為此，我們必須使用電池。這種電池由一種或多種化學(xué)溶液組成，其中插入兩根稱為電極的金屬棒。每一電極上都進(jìn)行特殊的化學(xué)反響，電子不是被釋出就是被吸收。燃料電池一個(gè)電極上的電勢(shì)比另一個(gè)電極上的大，因此，如果這兩個(gè)電極用一根導(dǎo)線連接起來(lái)，電子就會(huì)通過(guò)導(dǎo)線從一個(gè)電極流向另一個(gè)電極。這樣的電子流就是電流，只要電池中進(jìn)行化學(xué)反響，這種電流就會(huì)繼續(xù)下去。手電筒的電池是這種電池的一個(gè)例子。在某些情況下，當(dāng)一個(gè)電池用完了以后，人們迫使電流返回流入這個(gè)電池，電池內(nèi)會(huì)反過(guò)來(lái)發(fā)生化學(xué)反響，因此，電池能夠貯存化學(xué)能，并用于再次產(chǎn)生電流。汽車?yán)锏男铍姵鼐褪沁@種可逆電池的一個(gè)例子。在一個(gè)電池里，浪費(fèi)的化學(xué)能要少得多，因?yàn)槠渲兄煌ㄟ^(guò)一個(gè)步驟就將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。然而，電池中的化學(xué)物質(zhì)都是非常昂貴的。鋅用來(lái)制造手電筒的電池。如果你試圖使用足夠的鋅或類似的金屬來(lái)為整個(gè)城市準(zhǔn)備電力，那么，一天就要花本錢費(fèi)數(shù)十億美元。燃料電池的原理氫-氧燃料電池反響原理這個(gè)反映是電觧水的逆過(guò)程。電極應(yīng)為：負(fù)極：H22OH-→2H2O2e-正極：1/2O2H2O2e-→2OH-電池反響：H21/2O2==H2OPAFC和PEMFC反響中與氫離子〔H〕相關(guān)，發(fā)生的反響為：燃料極：H2=2H2e-〔1〕空氣極：2H1/2O22e-=H2O〔2〕全體：H21/2O2=H2O〔3〕

第四章電動(dòng)汽車常見傷害及其防護(hù)4.1電動(dòng)汽車的高電壓傷害及其防護(hù)對(duì)于電動(dòng)汽車電傷害的研究要分析人體平安電壓、電流,防止乘員在動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)生短路、漏電等情況下受到電傷害。人體能夠承受的平安電壓是指一定強(qiáng)度的電流通過(guò)人體而沒(méi)有引起任何傷害事故的電壓,因此平安電壓的大小取決于人體允許通過(guò)的電流和人體電阻。根據(jù)國(guó)家有關(guān)平安標(biāo)準(zhǔn),人體允許電流不能超過(guò)30mA,在某些特殊場(chǎng)合下將更小。人體電阻主要是由體內(nèi)電阻、皮膚電阻和皮膚電容組成。人體電阻隨著條件的不同在很大范圍內(nèi)變化,但是,人體電阻一般不低于1000Ω。我國(guó)平安電壓多采用36V,即大體相當(dāng)于危險(xiǎn)環(huán)境下的平安電壓。有的國(guó)家規(guī)定2.5V為一級(jí)的平安電壓值,即相當(dāng)于人體大局部浸入水中,且如果不能擺脫帶電體或強(qiáng)烈痙攣即可導(dǎo)致致命的二次事故的情況。同時(shí),根據(jù)國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)(IEC60529)———為蓄電池驅(qū)動(dòng)的道路車輛提供能量的電氣裝置:對(duì)正常工作中的觸電防護(hù)要求為在任意可接觸的觸點(diǎn)間的峰值電壓應(yīng)低于42.3V。電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)在危險(xiǎn)工況下,防止人體電傷害的平安電流應(yīng)小于30mA。由于動(dòng)力蓄電池在危險(xiǎn)工況下可能會(huì)出現(xiàn)短路,短路的巨大電流會(huì)使短路處甚至使整個(gè)電路過(guò)熱,從而導(dǎo)線的絕緣層燃燒起來(lái),并引燃周圍的可燃物,乘員也可能因接觸帶電體而發(fā)生電傷害。因此,電動(dòng)汽車的研究與開發(fā)要嚴(yán)格控制絕緣電阻值,使之到達(dá)人體平安電流的范圍。為了避免電傷害的發(fā)生,目前在電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)應(yīng)該滿足以下條件:(1)在電池的整個(gè)壽命期內(nèi),按照標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法計(jì)算得到的絕緣電阻值,除以電池的標(biāo)稱電壓U,所得值應(yīng)大于100Ω/V。(2)在正常運(yùn)行狀態(tài)下,由于電解液的泄漏,電池組的聯(lián)接端子(包括與它們相聯(lián)的任何可導(dǎo)電的固定裝置)與任何可導(dǎo)電局部間可能造成漏電電流危害,因此要求2個(gè)聯(lián)接端子間的爬電距離:d≥0.25U+5(d單位為mm,U為2個(gè)端子間的標(biāo)稱電壓);帶電局部與電底盤間的爬電距離:d≥0.125U+5(d單位為mm,U為2個(gè)端子間的標(biāo)稱電壓)。(3)電池在車輛制造廠規(guī)定的過(guò)電流以及電路出現(xiàn)短路等情況下,過(guò)電流斷開裝置應(yīng)能及時(shí)斷開與電池端子的聯(lián)接電路,到達(dá)防止對(duì)人、車及環(huán)境產(chǎn)生危害。

4.2電動(dòng)汽車蓄電池燃燒爆炸問(wèn)題及其防護(hù)電池充電期間或車輛行駛過(guò)程中,種種原因都有可能引發(fā)燃燒、爆炸等事故。當(dāng)電動(dòng)汽車采用鋰離子電池時(shí),假設(shè)不同容量的鋰離子電池混合使用,過(guò)放電時(shí)將會(huì)使電池組中容量較小的電池出現(xiàn)反極(電池的正極變負(fù)極,負(fù)極變正極),從而使正極的金屬鋰形成易燃易爆物質(zhì)。同時(shí),由于鋰離子電池在充放電過(guò)程中碳負(fù)極與正極脫出的氧反響會(huì)生成易燃?xì)怏wCO;另外,由于隔膜被腐蝕使正負(fù)極短路,使有機(jī)溶劑電解液發(fā)生反響也會(huì)生成易燃?xì)怏w等。以上因素均可能造成電動(dòng)汽車燃燒或爆炸。因此,在電動(dòng)汽車的開發(fā)與設(shè)計(jì)過(guò)程中要嚴(yán)格禁止新舊電池、不同容量電池的混合使用,以防止事故的發(fā)生。鉛酸電池、氫-鎳電池、鎘-鎳電池等可能由于過(guò)充放電因素產(chǎn)生氫氣而引起燃燒、爆炸傷害。氫氣在空氣中的爆炸極限:爆炸下限(體積)4%,爆炸上限(體積)76%。氫氣的爆炸(燃燒)條件為:必須由其它點(diǎn)火源給予點(diǎn)火能,氫氣在空氣中的濃度范圍必須在其爆炸極限之內(nèi)。在電動(dòng)汽車充電、行駛過(guò)程中,為了防止燃燒、爆炸事故的發(fā)生應(yīng)滿足以下防護(hù)要求:(1)車輛的任何地方不得有潛在危險(xiǎn)氣體的聚集。(2)不允許乘客艙及封閉的貨艙內(nèi)的氫氣濃度超過(guò)氣體體積的2%。(3)允許氣體的最大聚集量應(yīng)符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。(4)當(dāng)給蓄電池充電時(shí),應(yīng)測(cè)量制造廠規(guī)定區(qū)域內(nèi)的排氣中氫氣的濃度;常規(guī)充電操作時(shí),氫氣濃度應(yīng)低于氣體體積的1%;充電期間發(fā)生(車內(nèi))通風(fēng)裝置失效、充電器損壞、動(dòng)力蓄電池連接端子松動(dòng)、通風(fēng)管脫落等故障時(shí),氫氣濃度應(yīng)低于氣體體積2%。(5)在規(guī)定的排氣區(qū)域內(nèi)不得有電接觸火花源、保險(xiǎn)絲火花源、制動(dòng)襯片火花源、接觸電刷火花源、靜電放電火花源以及香煙開發(fā)火焰、光源花源。

4.3電動(dòng)汽車蓄電池化學(xué)傷害問(wèn)題及其防護(hù)電動(dòng)汽車中有毒氣體主要生成于蓄電池電化學(xué)反響中,如二氧化硫、硫化氫等。到達(dá)一定濃度后,它們會(huì)對(duì)乘員造成危害。這種危害不僅包括立即的傷害,如身體不適、發(fā)病、死亡等,而且包括對(duì)于人體長(zhǎng)期的危害,如致殘、癌變等。對(duì)于這些有毒有害氣體的檢測(cè)是要充分重視的問(wèn)題。附表是一些常見的有毒有害氣體的TWA(8小時(shí)統(tǒng)計(jì)權(quán)重平均值)、STEL(15分鐘短期暴露水平)、IDLH(立即致死量)ppm和MAC(車間最大允許濃度)mg/m3。、同時(shí)要注意,由于蓄電池的電化學(xué)反響中大多有氧氣生成,一般氧氣含量超過(guò)23.5%時(shí)稱為氧氣過(guò)量(富氧),此時(shí)很容易發(fā)生爆炸;而氧氣含量低于19.5%為氧氣缺乏(缺氧),此時(shí)很容易發(fā)生窒息、昏迷以至死亡。正常的氧氣含量應(yīng)當(dāng)在20.9%左右。蓄電池在危險(xiǎn)工況下,例如碰撞、擠壓等原因,通常造成電解液泄漏。造成泄漏的原因主要有2個(gè)方面:(1)由于加工的原因,產(chǎn)品存在形狀及尺寸偏差等各種缺陷,使零件聯(lián)接處產(chǎn)生間隙,由于密封兩側(cè)存在壓力差,工作介質(zhì)就會(huì)通過(guò)間隙而泄漏。(2)因?yàn)橥饨缱饔脤?dǎo)致蓄電池殼體破壞,從而造成電解液泄漏。電解液的泄漏可能對(duì)乘員產(chǎn)生氣體、腐蝕等化學(xué)傷害,并可能會(huì)燒傷乘客和救援人員。因此,對(duì)電解液泄漏的研究有利于改良電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)的整車平安性。目前有以下要求:①危險(xiǎn)工況下,控制乘客廂外的電解液泄漏量不超過(guò)5.0L;②總的電解液泄漏量是從碰撞試驗(yàn)后,車輛運(yùn)動(dòng)停止,車輛停止30min期間和整車翻轉(zhuǎn)試驗(yàn)期間測(cè)量所得;③危險(xiǎn)工況下,蓄電池電解液不得竄入乘客艙內(nèi);④危險(xiǎn)工況下,蓄電池電解液不能從車上甩出。

總結(jié)早在1886年世界上第1輛汽車誕生之前，巴黎及其他歐洲城市的街道上就出現(xiàn)過(guò)電動(dòng)車。但由于科學(xué)與技術(shù)的開展不同步，燃油車的性能大大超過(guò)了電動(dòng)車，以至近一百年的時(shí)間里電動(dòng)汽車的開展受到很大的限制。但電動(dòng)汽車具有無(wú)排放污染、噪聲低、易于操縱、維修及運(yùn)行本錢低等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保和節(jié)能上具有不可比較的優(yōu)勢(shì)，它是解決人類巨大能源和環(huán)境壓力的最有效途徑，從而，又重新受到全世界的關(guān)注。我國(guó)隨著國(guó)家“863〞方案電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)課題的全面啟動(dòng)，電動(dòng)汽車技術(shù)得到了很大的開展和突破。作為電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)子課題之一“電動(dòng)汽車