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从安全工程专业的角度谈电动汽车的发展的可能性和必要性

  
评论: 更新日期:2014年12月20日

            铅酸电池属于安全电池,在使用过程中自身不容易产生燃烧、爆炸等危险事故。但铅酸电池电解液的泄漏、有害气体的产生和可燃气体的聚积将对乘员产生伤害。由于铅酸电池电解液为硫酸溶液,电池里溢出的液体是含有稀硫酸的电解液,能够导电,具有较强的腐蚀能力,会伤害人体皮肤和眼睛,对汽车的钢制部件腐蚀,同时引发电池的短路或对人体产生电伤害。为了避免或减少电解液的泄漏,电动汽车在开发设计时应该使电池组布置在受到冲击与振动较小的部位,电池组所在的箱体要尽可能地保持通风良好,同时应该远离发热机件(如电机等),以避免电池组热失控。
        直接式燃料电池的安全隐患以及解决措施:氢气罐自身的安全,是指电动汽车在使用过程中因气温升高或出现意外事故,如碰撞、翻车使氢气罐发生变形、开裂及爆炸。氢气罐的安全威胁主要来自这两个方面:一是碰撞引起罐体的破裂;二是外界温度对氢气罐的影响。
        首先分析不同工况下氢气罐罐体破裂的情况,在正常使用情况下,由于目前氢气罐体采用高性能碳复合材料外壳及应用各种保护装甲技术,并且各种压力状态下的储氢罐都通过相应的认证,因此不会有氢气罐破裂的情况发生。如在2002春季,通用汽车公司的压力达700巴的储氢罐己获德国技术监督协会的承认,各项技术指标己达到EIHP(欧洲综合氢计划)的规定及美国的‘NGV2’行业标准及德国对压力罐所规定的指导性规范。在危险工况下,如果储氢罐装在一个安全性能较好的位置,例如安装在后轴的前方,大约在后排座椅的下方,在正常的碰撞试验中只要没有硬物直接碰撞到储氢罐上,储氢罐不会发生破裂,当然,这需要
        大量实验的进一步证实。例如,通用公司的“氢动3号”曾经在计算机上进行过20 次模拟撞击试验,并进行过一次实际撞击试验。在进行撞击试验时,车辆是在几乎满负荷情况下以56公里的时速按40%的倾斜角度正面撞击一块可变形档板,这些模拟及实际的各种类型撞击试验(包括正面撞击、侧面撞击和尾随撞击),结果都表明该型号车己达到欧洲的强制性安全标准。如果有硬物直接与储氢罐发生碰撞,氢气罐不可避免会有变形、破裂发生。
        另一个方面是外界温度对氢气罐的影响,电动汽车在正常行驶的情况下或危险工况下,当外部温度升高时,罐内的气压也会随着上升,这对氢气罐安全会造成一定的隐患。所以,为减小内部的气压,需安装一个能自动打开的控制阀,当内部气压超过临界值时,需释放一部分氢气以减小内部气压。
          氢气的泄漏:由于导气通道、氢气罐或电池组壳本身的裂开,会排放出氢气与空气混合成可燃烧气体,从而引起燃烧与爆炸。在汽车防燃防爆体系中最根本的是:任何地方不得有潜在危险气体的聚集;不允许乘客舱及封闭的货舱内的氢气浓度超过2% 。为防止燃烧或爆炸的发生,主要是控制氢气聚集时的浓度。如果有微量氢气逸出,系统便应向司机发出警告,氢气的逸出再高一点的话,系统就应该转到有限功能运行,当测到的氢气达到一定浓度时,控制阀在接收到来自氢气浓度传感器的信号后便应该迅速关闭储氢罐的出气口,停止汽车的运行。另一方面,在可能聚集氢气的位置安装排风装置,以便迅速吹散聚集的氢气,避免其浓度处于爆炸范围内。
        但氢气的泄漏没想像中那样容易发生且易导致事故,从2000年5月开始,本田公司将对其研制的FCX-V5燃料电池车进行一系列公路汽车碰撞测试。在时速55公里的情况下,两辆汽车迎面发生碰撞后,压缩液氢箱完好无损,并没有发生任何泄漏。引用另外一个实例,Minami Coral Cable大学的Dr.Michael R.Swain模拟氢动电动汽车与传统汽油汽车的泄漏情况,他同时对两辆汽车点火,来比较两者之间损伤严重程度。结果表明:汽油汽车受到严重损伤,但氢动汽车没有受到损伤。
        解决这些电动汽车安全性问题,将使得电动汽车的发展迈上更高的台阶,我个人也觉得电动汽车的发展的可能性是毋庸置疑的,在未来电动汽车将占主导地位,引领世界汽车的蓬勃发展。
       

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