雖然純電動(dòng)汽車發(fā)展勢(shì)頭較好，但伴隨著電動(dòng)汽車的普及也帶來了很多的問題。近幾年電動(dòng)汽車發(fā)生的自燃事件，也使其電池安全性能受大眾所關(guān)注。與傳統(tǒng)燃油車相比，純電動(dòng)汽車安全嗎?從電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、整車碰撞測(cè)試、電池安全性等多方面角度帶大家了解純電動(dòng)汽車的安全問題。

純電動(dòng)汽車碰撞事故

根據(jù)英國(guó)交通研究實(shí)驗(yàn)室(TRL)最近公開的電動(dòng)汽車輛事故分析數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)電動(dòng)汽車本身并沒有存在太大問題。電動(dòng)汽車有不同類型的加速和駕駛模式，在模式切換中會(huì)很有可能導(dǎo)致碰撞事故的發(fā)生，但從實(shí)際上的事故分析報(bào)告中并沒有看到任何相關(guān)原因?qū)е碌陌咐？梢哉f，在劇烈碰撞情況下，沒有哪種車是安全的。但是關(guān)于純電動(dòng)汽車來說，發(fā)生碰撞后假如一旦電池艙被損壞，那么車輛很有可能會(huì)發(fā)生燃燒甚至爆炸。因此在碰撞后一按時(shí)間內(nèi)發(fā)生的燃燒還是會(huì)讓普通消費(fèi)者心里緊張。然而，英國(guó)汽車研究中心(Thatchamresearch)的研究報(bào)告顯示，其在歐洲NCAP下測(cè)試過的所有電動(dòng)汽車都沒有受到損害，電池艙受到了全方位良好的保護(hù)。在NCAP測(cè)試過程中，即使是在極端碰撞事故中，在對(duì)車輛的結(jié)構(gòu)造成了極大的壓力的情況下，也沒有遇到過電池?fù)p壞或起火的情況。

英國(guó)汽車研究中心的碰撞測(cè)試工程師指出了早期電動(dòng)汽車在設(shè)計(jì)上的進(jìn)步。如今要改進(jìn)的問題之一就是如何在保障高壓管路安全的同時(shí)將電池集成在車內(nèi)。純電動(dòng)汽車通常是在定制的平臺(tái)上制造的，在這個(gè)平臺(tái)上，電池、電機(jī)、逆變器等從一開始就被整合進(jìn)了整車的結(jié)構(gòu)中。因此，電池和相關(guān)組件屬于碰撞負(fù)荷路徑的一部分，在設(shè)計(jì)過程中要考慮在碰撞過程中如何分配沖擊負(fù)荷，讓傷害最小化。

動(dòng)力鋰電池熱失控

建模和仿真是設(shè)計(jì)電池系統(tǒng)的重要工具。開發(fā)人員要弄清楚電池?zé)崃渴侨绾蝹鞑サ?，是否有辦法阻止通過防火墻和/或冷卻的傳播，以及出現(xiàn)的氣體如何能夠安全地通風(fēng)。除此之外，電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還應(yīng)該包括防火策略，以及對(duì)非可燃電解質(zhì)和替代含氟材料的研究開發(fā)。在極端情況下，單個(gè)電池的故障會(huì)導(dǎo)致電池組中每個(gè)電池的熱失控。電池?zé)崾Э厥且粋€(gè)快速、自動(dòng)加熱反應(yīng)，會(huì)生成大量的電池?zé)?最高可達(dá)500~700℃)、煙霧、粉塵和有毒氣體。電池管理系統(tǒng)(BMS)在探測(cè)此類事件中起著關(guān)鍵用途，其在某些情況下可以啟動(dòng)冷卻系統(tǒng)的開關(guān)。但在車禍或火災(zāi)中，BMS還是不能夠達(dá)到控制熱失控的用途。因此，預(yù)防設(shè)計(jì)過程關(guān)于減緩傳播和處理熱量、有毒氣體是至關(guān)重要的。

鋰離子電池

鋰離子電池內(nèi)部的電解液是易燃液體，電極是可燃材料，鋰離子電池在過充、短路、過熱、穿刺或碰撞等情況下發(fā)生熱失控，容易起火甚至爆炸。單個(gè)電池的故障會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)的熱失控，從而有可能傳播到相鄰的電池上。在極端情況下，一個(gè)小故障就很有可能會(huì)造成災(zāi)難性的后果。因此關(guān)于鋰離子電池設(shè)計(jì)有一種系統(tǒng)工程方法，通過對(duì)傳熱和從電池中出現(xiàn)的熱物質(zhì)的分析研究，電池組的設(shè)計(jì)得到了改進(jìn)。

固態(tài)電池技術(shù)

另一個(gè)策略是完全消除易燃液體的成分。馬里蘭大學(xué)的研究人員正在研究使用陶瓷電解質(zhì)的電池，這種技術(shù)據(jù)稱更安全，因?yàn)樘沾呻娊赓|(zhì)為非易燃物。另外，這種電池可以使用容量更大的金屬鋰電極，從而能獲得更高的能量密度。就成本而言，它們是有競(jìng)爭(zhēng)力的——其制造成本要低得多，而且也不要昂貴的鋰離子電池干燥室。馬里蘭大學(xué)能源創(chuàng)新研究所所長(zhǎng)埃里克·沃什曼博士提出，在材料方面，硫陰極也很便宜。對(duì)固態(tài)電池技術(shù)的開發(fā)，唯一的問題就是要想在1~2年內(nèi)實(shí)現(xiàn)用于非汽車應(yīng)用的第一次商業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)，必須要摒棄之前的離子儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)，擴(kuò)大生產(chǎn)量力。當(dāng)然，應(yīng)用電動(dòng)汽車行業(yè)的生產(chǎn)也會(huì)提上日程。目前已有很多家整車廠已有打算投入開發(fā)，但是最終實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池技術(shù)的量產(chǎn)可能還要更長(zhǎng)的時(shí)間。

三級(jí)安全

除了電池技術(shù)之外，在發(fā)生事故后，電動(dòng)汽車也會(huì)給應(yīng)急服務(wù)帶來了額外的問題。純電動(dòng)汽車發(fā)生碰撞導(dǎo)致?lián)p壞后，電池組的控制電路可能會(huì)受損，將導(dǎo)致電池組無(wú)法放電，這種情況被稱為“滯留能量”。假如這些能量不能被安全釋放，那么在施救過程中的應(yīng)急醫(yī)療技術(shù)人員和拖車的操作人員將面對(duì)危險(xiǎn)。所以說，電動(dòng)汽車可能會(huì)危及三級(jí)安全——即緊急服務(wù)機(jī)構(gòu)在事故發(fā)生后很難從車輛中救出人員。

如今的汽車結(jié)構(gòu)是用高強(qiáng)度材料制成的，比如硼鋼，從救援角度來看會(huì)讓救出人員的措施變得困難。假如車輛還裝有高壓電纜，那么施救風(fēng)險(xiǎn)會(huì)更大。另外，從電動(dòng)汽車的碰撞理論分析來看，電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車在通常情況下比同樣大小的傳統(tǒng)燃油車的整備質(zhì)量重。通過降低底盤的重心，在世界上大多數(shù)地區(qū)將安裝牽引控制系統(tǒng)(ESC)作為標(biāo)準(zhǔn)，可以防止車輛翻滾的風(fēng)險(xiǎn)。在碰撞安全性能問題中，人員在車輛翻滾中受到嚴(yán)重傷害的幾率比正面或側(cè)面碰撞更高。