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電動汽車高壓電氣安全交流 電動汽車高壓電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 動力電池組輸出的高壓直流電通過電機(jī)控制器逆變驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動 同時(shí)通過直流電壓轉(zhuǎn)換器或逆變器向空調(diào)壓縮機(jī) PTC 或外輸出口等提供電能 這構(gòu)成了整車的高壓電氣系統(tǒng) 主要分 動力模塊 電機(jī)總成 電池包總成 控制模塊 電機(jī)控制器 DC DC BMS等 高壓輔助模塊 漏電保護(hù)器 PTC 壓縮機(jī) 直流快充 交流慢充電口 應(yīng)急開關(guān)等 五征物流車整車參數(shù) 微卡車型 柴油 汽油 后單胎 后單胎 后雙胎 單排 排半 雙排 動力 后橋 車身 圖片 車型 平板車 廂式車 倉柵車 平板車 廂式車 倉柵車 平板車 廂式車 倉柵車 結(jié)合產(chǎn)品需求 選定單排廂式車型為基礎(chǔ)車型進(jìn)行開發(fā) 載質(zhì)量為1500kg 電池成組電壓 體積 740L成組方案 5P157S 標(biāo)稱電壓 3 65 157 574V 標(biāo)稱電量 69kwh 電池模組固定采用框架式結(jié)構(gòu) 分兩層布置 分箱布置 國內(nèi)主要商用車電壓水平 五征電動汽車高壓電路示意圖 高壓安全管理系統(tǒng)拓?fù)鋱D 高壓供電系統(tǒng)方案微型電動物流車項(xiàng)目車型的高壓系統(tǒng)包含動力電池PACK OBC EAS PTC MCU MCU與DCDC集成在一個(gè)高壓盒中 高壓盒系統(tǒng) 高壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)原則如下 1 具備預(yù)充電電路 降低系統(tǒng)的電流沖擊含有兩路預(yù)充電電路 一路在電池系統(tǒng)內(nèi)為整個(gè)高壓負(fù)責(zé)預(yù)充電 一路在車載充電機(jī)輸出端為車載充電機(jī)輸出端提供預(yù)充電 2 具備絕緣檢測模塊含一個(gè)絕緣檢測模塊 在電池系統(tǒng)內(nèi) 負(fù)責(zé)整個(gè)高壓系統(tǒng)直流側(cè)的絕緣狀態(tài)檢測 3 具備高壓系統(tǒng)下電后的主動高壓放電功能 4 具備快慢充電口高壓隔離功能 實(shí)現(xiàn)充電時(shí)充電口不帶電 5 具備充電互鎖和機(jī)械檢修互鎖功能 互鎖信號可由硬件 軟件或綜合判斷實(shí)現(xiàn) 建議由硬件實(shí)現(xiàn) 1 充電互鎖 通過交流充電口和快充充電口的硬件握手信號CC實(shí)現(xiàn) 2 在FP階段 電池系統(tǒng)無高低壓互鎖 EP階段待定 3 手動檢修互鎖由電池系統(tǒng)的檢修開關(guān)實(shí)現(xiàn) 6 高壓系統(tǒng)內(nèi)的每一路高壓回路需設(shè)置必要的過載 短路保護(hù)裝置 如熔斷器 7 高壓系統(tǒng)連接件具備防插錯(cuò)措施 8 各系統(tǒng)控制繼電器的模塊根據(jù)繼電器的類型設(shè)置保護(hù)電路 避免出現(xiàn)繼電器斷開瞬間過壓或過流損壞部件 電動汽車安全課題 電動汽車高壓電傷害分析 電動汽車高壓電安全隱患的主要部件是動力電池系統(tǒng) 包括單體電池 電池模塊 電池箱及管理系統(tǒng) 充電系統(tǒng) 高壓動力線等 電傷害主要有觸電和短路 觸電的種類 接觸觸電指與充電接觸發(fā)生的觸電 電磁感應(yīng)觸電是指與交流高壓附近的金屬相接觸發(fā)生的觸電 靜電感應(yīng)觸電指在交流高電壓附近人體產(chǎn)生觸電 因放電時(shí)的沖擊發(fā)生的觸電 電弧觸電指人體因大電流在大氣中的放電被吹起而發(fā)生的觸電 人體電阻 1000 潤濕狀態(tài)的大致阻值 電動汽車高壓電傷害分析 電脫離的極限電壓E I R 0 07 1000 70V 高壓電系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì) 電壓平臺選擇目前ISO和國標(biāo)沒有對高壓平臺進(jìn)行強(qiáng)制性規(guī)定 結(jié)合目前國內(nèi)電機(jī)電控平臺現(xiàn)狀 有一個(gè)推薦值 144V288V320V346V400V576V 目前汽車用單芯電線電壓等級60V600V兩種 采用高壓設(shè)計(jì) 是為了減小電機(jī) 逆變器的成本與體積 并且利于控制總線的工作電流在一定范圍內(nèi)從而保護(hù)電源系統(tǒng) 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求電機(jī)及控制器必須能在電源電壓為120 額定電壓下安全承受最大電流 另外電機(jī)在電源電壓降為75 額定電壓時(shí) 應(yīng)能在最大電流下運(yùn)行 根據(jù)前述規(guī)格及采用的蓄電池類型 來確定電源系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓 根據(jù)國標(biāo)GB T18488 1 2001 電動汽車用電機(jī)及其控制器技術(shù)條件 電源的電壓等級為 綜合 整車安全防護(hù)級別 電線線束防護(hù)等級 電線線束線徑成本 IGBT高效工作區(qū) 整車功率需求 現(xiàn)有配套體系成熟產(chǎn)品 以上因素決定整車高壓電路電壓等級 整車電壓平臺越少越安全 減少故障率 防護(hù)成本低 五征物流微卡電壓平臺為 高壓574V低壓12V有些混合動力車型考慮輕量化會有雙向逆變 高壓電系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì) 目的在于防止漏電 過流 有毒及易燃的化學(xué)物質(zhì)泄漏等 高壓電系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì) 目的在于防止漏電 過流 有毒及易燃的化學(xué)物質(zhì)泄漏等 成熟的電動汽車應(yīng)該實(shí)時(shí)檢測一下數(shù)據(jù) 高壓電氣參數(shù) 高壓系統(tǒng)電壓 電流 高壓總線剩余電量 高壓電路參數(shù) 動力電池絕緣電阻 高壓總線等效電容 非電測量參數(shù) 環(huán)境溫度 濕度 數(shù)字量測控參數(shù) 主要是開關(guān)量的輸入和輸出 輔助電壓 繼電器鏈接狀況等 一般采樣頻率要控制在10 100MS 對重要的安全指標(biāo)采樣頻率應(yīng)控制在10MS 三 高壓安全事項(xiàng) 各國的標(biāo)準(zhǔn)對電動車輛的高壓電安全及控制制定了較為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和要求并規(guī)定了高壓系統(tǒng)必須具備高壓自動切斷系統(tǒng) 其中涉及與電動車有關(guān)的電氣特性有 絕緣特性 漏電流 充電器的過流 爬電距離及電氣間隙等 高壓安全設(shè)計(jì)分主動安全設(shè)計(jì)與被動安全設(shè)計(jì) 三 高壓安全設(shè)計(jì)事項(xiàng) 主動安全 采用物理的方法 對整車及動力系統(tǒng)相關(guān)部件絕緣 1 電池包二次絕緣 從設(shè)計(jì)上電池組與箱體絕緣 箱體再次與車體絕緣2 高壓電氣部件外殼接地 高壓電器外殼接地 確保人體可觸及的部位與人體是同一電位 3 絕緣電阻檢測 對高壓總線與高壓部件進(jìn)行絕緣電阻檢測 當(dāng)?shù)陀诎踩拗茣r(shí)采取相關(guān)措施 100歐姆 v4 高壓電容上下電策略控制 三 高壓安全事項(xiàng) 主動安全 采用物理的方法 對整車及動力系統(tǒng)相關(guān)部件絕緣 5 溫度監(jiān)測和過熱保護(hù)主要針對電池 電機(jī)及控制器 電池箱上高壓連接件的溫度進(jìn)行監(jiān)測 當(dāng)其溫度高于限值時(shí) 必須采取行之有效的過熱保護(hù)功能 6 高壓余電泄放保護(hù) 因高壓電路中存在大量的容性負(fù)載 高壓電切斷后 供電回路中仍余很高的電壓和電能 為避免可能帶來的危害 在高壓電源切斷后應(yīng)采用余電泄放的方法位 7 電壓檢測和保護(hù) 主要是總電壓和電池模塊電壓檢測 充電 放電 三 高壓安全事項(xiàng) 主動安全 采用物理的方法 對整車及動力系統(tǒng)相關(guān)部件絕緣 8 驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)電動機(jī)應(yīng)有自己的短路或過流保護(hù)裝置 采用卸載裝置以避免過熱 9 低壓電源監(jiān)測 動力電池組通過DC DC變換器將高壓直流電轉(zhuǎn)換為24V低壓直流電 為整車低壓電器和電機(jī)控制器提供電源 一旦發(fā)生故障會造成車輛停駛 因此 隨時(shí)監(jiān)測其工作狀態(tài)十分必要 并通過聲光報(bào)警 提醒駕駛員采取措施 10 高壓交直流防護(hù)的區(qū)別 三 高壓安全事項(xiàng) 主動安全 采用物理的方法 對整車及動力系統(tǒng)相關(guān)部件絕緣 11 爬電距離設(shè)計(jì)國標(biāo)183841 兩個(gè)蓄電池連接端子間的爬電距離為d 0 25U 5 d 被測試驗(yàn)用動力蓄電池的爬電距離 mm U 蓄電池兩個(gè)連接端子間的標(biāo)稱電壓 V 2 帶電部件與電盤之間的爬電距離為d 0 125U 5 12 電磁抗干擾設(shè)計(jì) 13 技術(shù)資料的完整性 指導(dǎo)裝配和使用 三 高壓安全事項(xiàng) 被動安全1 自動危險(xiǎn)電壓斷開 在車輛發(fā)生碰撞事故 探測到強(qiáng)電線纜或是部件絕緣下降到低于安全限制時(shí) 自動將危險(xiǎn)電壓隔離 自動危險(xiǎn)電壓斷開裝置應(yīng)具備自恢復(fù)功能 在初始條件清除后恢復(fù)牽引電壓 2 手動危險(xiǎn)電壓斷開 在車輛維修保養(yǎng)時(shí)可以通過斷路手柄或是高壓連接器實(shí)現(xiàn)斷開電源 3 系統(tǒng)互鎖動力電源斷開 高壓線路上電壓降至安全電壓 4 熔斷用合適的保險(xiǎn)絲實(shí)現(xiàn)過電流中斷電路 高壓控制策略 高壓安全控制策略 高壓管理系統(tǒng)的功能是保證整車動力電能的傳輸 并隨時(shí)檢測整個(gè)高壓系統(tǒng)的絕緣故障 斷路故障 接地故障和高壓故障 高壓管理系統(tǒng)一般由車載低壓電源 12V 來供電 根據(jù)管理系統(tǒng)功能不同耗電量幾瓦到十瓦 在泊車期間管理系統(tǒng)必須停止工作 否則容易造成車載低壓電源虧電 高壓控制策略 1電機(jī)控制器的過載能力在額定輸出電流下連續(xù)工作 允許加非周期性過載 過載的倍數(shù)和持續(xù)時(shí)間在產(chǎn)品中規(guī)定 2電機(jī)控制器的保護(hù)功能電機(jī)控制器應(yīng)具有過電流 過電壓和欠電壓的保護(hù)功能 3饋電要求在電機(jī)因慣性旋轉(zhuǎn)或被拖動旋轉(zhuǎn)時(shí) 電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài) 電機(jī)通過控制器應(yīng)能給125 額定電壓的電壓源充電 饋電電流的大小和饋電效率在產(chǎn)品指標(biāo)中規(guī)定 高壓電氣部件生產(chǎn)中安全性 1電池組安裝 1 詳實(shí)的電池安裝操作 使用維護(hù)手冊等資料 2 安裝或檢驗(yàn)人員不可配戴金屬飾品 使用的工具須進(jìn)行絕緣防護(hù) 避免同時(shí)觸碰電芯正負(fù)極 引起短路 3 每塊電池 每個(gè)電池箱體都有編號 注意電池的正負(fù) 依據(jù)圖紙將電池裝入相應(yīng)的電池箱內(nèi) 在搬運(yùn) 裝配過程中對電池應(yīng)當(dāng)輕拿輕放 嚴(yán)禁摔 碰等沖擊現(xiàn)象發(fā)生 4 電池箱的正負(fù)引線務(wù)必標(biāo)識清楚 妥善進(jìn)行布線作業(yè) 做到高低壓隔離 做好高壓安全防護(hù) 電池連接操作過程中小心謹(jǐn)慎 避免出現(xiàn)整組或部分電池被反接 或整組或部分電池被短路現(xiàn)象 5 按照設(shè)計(jì)的電池連接方案 用導(dǎo)電條將各個(gè)電池 組 連接 安裝極柱螺栓使用平墊圈和彈簧墊圈 極柱螺栓務(wù)必?cái)Q緊 6 將電池箱裝入車上的電池艙內(nèi) 電池箱安裝牢固 當(dāng)電池組兩端電壓超過人體安全電壓36V時(shí) 禁止用身體直接接觸電池組正負(fù)端 以免觸電 發(fā)生意外 高壓線連接 1 應(yīng)考慮線束的絕緣防護(hù) 線束走向 2 在電池箱總成之間連接線時(shí) 由具備電工資質(zhì)的人員操作 應(yīng)帶絕緣手套 穿絕緣鞋 高壓線不能同低壓線捆綁在一起 高壓線接頭應(yīng)避開油管路接頭 防止高壓線短路 高壓線不得與安裝螺栓等干涉 并且應(yīng)避開熱源 尖銳物或旋轉(zhuǎn)件 3 整車下線上電前使用絕緣檢測儀進(jìn)行整車高壓絕緣檢測 謝謝