电动汽车高压电气系统安全设计.pdf

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1、纯电动汽车高压电气系统安全设计摘要：在电动汽车研发安全设计中，纯电动汽车安全设计除与传统燃油车一样考虑乘员的主动安全与被动安全外，还需重点考虑动力电池系统和高压系统安全。为解决纯电动汽车高压电系统的安全问题，文章对高压部件和高压线束防护与标识、预充电回路保护、高压设备过载/短路保护、绝缘电阻检测、动力电池电流电压检测、高压接触器触点状态检测、高压互锁电路检测、充电互锁检测、高压系统余电放电保护以及碰撞安全等高压系统潜在的安全问题提出了相应的解决方案，形成一整套完整的电动汽车高压电气系统的安全设计方案。该方案能确保电动汽车高压系统安

2、全可靠地运行。关键词：纯电动汽车；高压电气系统；高压触点；绝缘电阻；高压互锁；碰撞安全。现代电动汽车一般分为纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、外接式可充电混合动力汽车及增程式电动汽车。纯电动汽车是指完全由蓄电池提供电力驱动的电动汽车，工作电压高达几百伏，远远高于安全电压。且高压系统工作时放电电流有可能达到数十安，甚至高达上百安[1]。当高压电路发生绝缘、短路及漏电等情况时，会直接对驾乘人员的人身生命财产安全造成危害。因此，在设计高压系统和对高压系统关键部件进行选型时，不仅要满足整车驱动的要求，还必须确保驾乘人员和汽车运行

3、环境安全。因此，纯电动汽车整车的电气系统安全性已成为评价纯电动汽车安全性的一项重要指标。文章简述了某公司纯电动轿车高压电气系统的安全设计与控制策略。1纯电动汽车电气系统安全分析纯电动轿车电气系统主要包括低压电气系统、高压电气系统及CAN通讯信息网络系统。低压电气系统采用12V供电系统，除了为灯光照明系统、娱乐系统及雨刷器等常规低压用电器供电外，还为整车控制器、电池管理系统、电机控制器、DC/DC转换器及电动空调等高压附件设备控制回路供电；高压电气系统主要包括动力电池组、电驱动系统、DC/DC电压转换器、电动空调、电暖风、车载充电系

4、统、非车载充电系统及高压电安全管理系统等；CAN总线网络系统用来实现整车控制器和电机控制器、以及电池管理系统、高压电安全管理系统、电动空调、车载充电机和非车载充电设备等控制单元之间的相互通信。纯电动汽车电压和电流等级都比较高，动力电压一般都在300～400V（直流），电流瞬间能够达到几百安。人体能承受的安全电压值的大小取决于人体允许通过的电流和人体的电阻。有关研究表明，人体电阻一般在1000～3000Ω。人体皮肤电阻与皮肤状态有关，在干燥、洁净及无破损的情况下，可高达几十千欧，而潮湿的皮肤，特别是受到操作的情况下，其电阻可能降到1

5、000Ω以下。由于我国安全电压多采用36V，大体相当于人体允许电流30mA、人体电阻1200Ω的情况。所以要求人体可接触的电动汽车任意2处带电部位的电压都要小于36V。根据国际电工标准的要求，人体没有任何感觉的电流安全阈值是2mA，这就要求人体直接接触电气系统任何一处的时候，流经人体的电流应该小于2mA才认为整车绝缘合格。因此，在纯电动汽车的开发过程中，应特别考虑电气系统绝缘问题，严格按照电动汽车相关国标标准要求设计，确保绝缘电阻能够满足人身安全需求，保证绝缘电阻值大于100Ω/V。2电动汽车高压电气系统安全设计概述相对于传统汽车

6、而言，纯电动汽车采用了大容量、高电压的动力电池及高压电机和电驱动控制系统，并采用了大量的高压附件设备，如：电动空调、PTC电加热器及DC/DC转换器等。由此而隐藏的高压安全隐患问题和造成的高压电伤害问题完全有别于传统燃油汽车。根据纯电动汽车的特殊结构及电路的复杂性，并考虑纯电动汽车高压电安全问题[2]，必须对高压电系统进行安全、合理的规划设计和必要的监控，这是电动汽车安全运行的必要保证。2.1高压系统构成1图1示出纯电动汽车高压系统框图。作为纯电动汽车高压系统安全管理的单元，合理的功能布局和安全可靠的控制策略是实现该系统功能的重要

7、保证2.2高压电气安全系统的总目标高压电气系统控制与安全管理和故障诊断的总目标是确保纯电动汽车在静止、运行及充电等全过程的高压用电安全。3高压电气系统安全设计根据纯电动汽车安全标准要求，并从车载储能装置、功能安全、故障保护、人员触电防护及高压电安全管理控制策略等方面综合考虑，应对电动汽车高压电系统进行以下四方面设计。3.1高压电电磁兼容性设计由于纯电动汽车上存在高压交流系统，具有较强的电磁干扰性，因此高压线束设计时电源线与信号线尽量采用隔离或分开配线；电源线两端考虑采用隔离接地，以免接地回路形成共同阻抗耦合将噪声耦合至信号线；输入

8、与输出信号线应避免排在一起造成干扰；输入与输出信号线尽量避免在同一个接头上，如不能避免时应将输入与输出信号线错开放置。3.2高压部件和高压线束的防护与标识设计高压部件的防护主要包括防水、机械防护及高压警告标识等。尤其是布置在机舱内的部件，如电机及其