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1、湖南大学 硕士学位论文 电动汽车的安全性分析 姓名：杨剑 申请学位级别：硕士 专业：车辆工程 指导教师：曹立波 20050303 湖南大学硕士学位论文 摘 要 电动汽车在充电及运行过程中，可能出现意外事故，造成动力系统的窜动、 挤压、短路、开裂、漏电、热冲击、爆炸、燃烧等，由此对乘员产生机械伤害、 电伤害、化学伤害、电池爆炸伤害以及燃烧伤害等，并可能引发更大的连发性事 故以及二次伤害。 国内几家主要的电动汽车研究院所曾先后出现过整车乃至整个 实验室瞬间烧为灰烬的事故。因此，电动汽车的安全性研究及其防范技术正在引 起世界各国相关专家的高度重视，并投入了大量的人力物力进行研究。 本文重点分析了电动
2、汽车动力系统可能对乘员产生的各种伤害， 包括电动汽 车的电伤害、电动汽车电池的燃烧爆炸伤害、电池电解液的泄漏和电池有害气体 释放引发的伤害等方面，具体分析了它们产生的原因和可能引起的后果；研究了 电动汽车几种常用动力电池的安全特性，包括铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池 和燃料电池，以及它们各自可能存在的安全隐患和产生安全问题的机理。 文章以湖南大学汽车碰撞实验室相关实验设备为试验研究平台， 模拟实车运 行工况，进行了电动汽车动力电池安全性试验研究，分析研究了动力电池在危险 工况下的性能变化及其对电动汽车安全性的影响； 通过分析研究动力电池放电时 的放电特性， 探讨以非恒流放电方式替代目前采用的恒
3、流放电方式的有效方法对 电动汽车用动力电池的实际使用性能进行评价， 并初步建立起相应的符合实际使 用工况的电动汽车用动力电池放电性能评价方法体系。 在总结上述分析研究成果的基础上，参考现有的国内外电动汽车安全理论、 相关安全研究成果和安全标准，本文建立了电动汽车可能存在的安全事故模式、 检测方法和防护体系，开发完成了电动汽车氢气浓度测控系统。 关键词： 电动汽车 动力电池 安全性 试验研究 性能评价 I 电动汽车的安全性分析 Abstract When electric vehicles are charging or running, some accidents may happen. T
4、he electric vehicles may be involved in crash, short circuit, battery splitting and leak electricity, heat impact, explosion, burning, and etc. Consequently, the passengers would bear mechanical injury, electric injury, chemical injury, explosive injury, burning injury and etc. So, it is a challenge
5、 to EV safety researchers to research and improve the safety of electric vehicles for the reduction of the injuries and economical loss in accidents. The possible mechanisms that the power system of electric vehicles hurts passengers were analyzed in the paper, including electric injury, chemical in
6、jury, burning injury, and etc. The reasons that cause these injuries were analyzed in detail. The safety characteristics of the batteries that electric vehicle is in common use, such as excide battery, MH-Ni battery, Li+ battery, and fuel battery, are researched. By means of using the equipments in
7、the automotive laboratory of Hunan University, some testes had been done to research the safety performance of the power systems and its influence on the electric vehicles in the condition of simulating real car running. The discharge characteristics of the power systems were analyzed. Then, a new w
8、ay for appraising the performance of the batteries had been proposed. Summing up above works, the possible safety accident modes and their testing and protective methods had been built up. A hydrogen density measure system had been developed perfectly. Key words: electric vehicle; power system; safe
9、ty performance, test research, performance appraising II 湖湖 南南 大大 学学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学
10、校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密，在_年解密后适用本授权书。 2、不保密。 （请在以上相应方框内打“” ） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 湖南大学硕士学位论文 第 1 章 绪绪 论论 1.1 本课题研究的背景及意义 汽车安全作为现代汽车技术研究的三个重点方向之一， 在全世界范围内受到 广泛关注。随着我国国民经济的快速增长，人民生活水平不断提高及安全意识的 增强
11、，汽车工业和交通运输事业将不断地向高层次发展，对汽车安全性必将提出 新的要求。 改进汽车的安全性不仅可减少各种汽车事故中的人员伤亡和社会经济 损失，而且将直接影响交通运输环境和人民生活的安定。 电动汽车作为 21 世纪绿色环保汽车，其市场化前景已成必然。随着国家 “863”计划的全面实施，混合燃料动力汽车、电动汽车等一系列节能环保汽车 的开发研究工程相继启动。对电动汽车安全性进行分析和研究，建立电动汽车安 全标准将势在必行。然而，由于电动汽车动力系统与传统内燃机汽车有很大的差 异，其存在的安全性隐患也不同于传统内燃机汽车。因此，随着电动汽车研究工 作的深入及其产业化进程的加快，对电动汽车的安全
12、性能的研究刻不容缓。 电动汽车在充电及运行过程中， 可能出现意外事故如碰撞、 翻车等危险工况， 造成动力系统的窜动、挤压、短路、开裂、漏电、热冲击、爆炸、燃烧等，由此 造成电动汽车对乘员的机械伤害、电伤害、化学伤害、电池爆炸伤害以及燃烧伤 害等，并可能引发更大的连发性事故以及二次伤害。国内几家主要的电动汽车研 究院所曾先后出现过整车乃至整个实验室瞬间烧为灰烬的事故 1。因此，在我国 电动汽车研究开发以及推广应用过程中， 对电动汽车在各种危险工况下的整车运 行参数、动力系统的电参数（电流、电压以及绝缘电阻） 、动力电池的压力和温 度、电解液泄漏量、氢气浓度以及电动汽车整车安全性等方面的试验检测技
13、术的 研究具有重要意义和实用价值。 在电动汽车安全事故中， 由于动力系统的特殊性， 其安全性隐患及安全事故造成的乘员伤害在许多方面有别于传统的内燃机汽车。 因此， 对电动汽车在各种危险工况下的动力系统以及整车安全性进行研究并建立 相应的实验方法与评价体系，将为我国开发出具有优良性能的电动汽车打下基 础。 1.2 电动汽车的发展现状 1.2.1 国外电动汽车发展现状 在美国、日本、欧洲等发达国家，电动汽车已开始进入实用化阶段。由于高 1 电动汽车的安全性分析 新技术发展的推动和政府对汽车排放越来越苛刻的要求， 各大汽车公司投入了大 量的人力、物力和财力用于电动汽车开发，不断推出自己的新产品。表
14、1.1 为几 种国外电动汽车的技术指标 2。 表 1.1 几种国外电动汽车的技术指标 国家 法国 美国 美国 美国 美国 日本 日本 日本 生产厂家 标志 通用 通用 福特 克莱死勒丰田 丰田 日产 车型 P106 EV1 S-10 PangarEPDC RAV-4Phs ALTAR 整车质量/kg 1088 1350 1682 2125 2318 1540 1620 1704 满载质量/kg 1388 1550 2114 2455 2682 1815 1840 2000 最高车速/km/h 190 120 120 120 128 215 220 193 续驶里程/km 85 144 80 8
15、0 128 215 220 193 蓄电池 镍镉 铅酸 铅酸 铅酸 镍氢 镍氢 镍氢 锂离子 电压/v 6 12 12 8 12 12 12 28 蓄电池个数 20 26 26 39 30 24 24 12 充电时间/h 2 2 68 6.5 8 5 日本混合动力汽车日趋成熟，燃料电池快速发展。2003 年 11 月 24 日， 广州本田在广州国际车展上展示了HONDA燃料电池车FCX和超低油耗混合动力车 INSIGHT。据称，燃料电池车 FCX 是本田汽车公司研发出来的世界顶级尖端技术 新车型，并且是世界上首次实现商品化生产的燃料电池车，于 2002 年在日本和 美国上市。燃料电池车 FCX
16、 只加氢气不加油、排出废物为纯净水，堪称是“零污 染”的绝对“高档”新车型。不过，由于生产一辆燃料电池车的成本是普通汽车 的 100 倍，因此，目前在全球只有 10 辆的销量。日本科研人员在 2003 年研制出 世界上速度最快的电动汽车，该车时速超过 310 公里。这辆由日本庆应大学的清 水广司教授与日本一家科技公司共同研制的电动汽车名为 KAZ，汽车长.7 米， 宽 1.95 米，共有个车轮，引擎动力为 600 马力，其电力由 84 块锂电池提供。 该车从零加速到每小时 100 公里只需秒。包括驾驶员在内，全车能乘坐人。 据称，该车将来还可改装成公共汽车或卡车等。研究人员称，这种电动汽车目前 尚在试验阶段，离商业生产还有一段时日。 欧洲纯电动汽车欲退还留，燃料电池公共汽车研究方兴未艾。欧洲是很 崇尚纯电池驱动电动汽车的，其中最为成功和著名的车型就是电动标致 106，这 种以镍镉电池为动力的电动汽车经过十余年的发展，已经在欧洲各国，尤其是在 政府部门当中，拥有大量的用户。但它终究还是
