【读者投稿】\纯电动汽车电池高压安全设计的探讨

汽车电子设计 2022-01-09 08:00

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和传统的内燃机汽车动力来源不同，纯电动汽车的动力来自于高压动力电池，电压一般有上百伏，超过了60伏（直流）安全电压范围。纯电动汽车开发实施过程中提出的防护措施比较零散。在全面电动化转型过程中，缺乏对电动汽车电池高压安全问题统一性的认识。

本文分别从设备和系统的角度，结合目前市场上电动汽车产品高压安全设计，给出了系统高压电安全分析，防护及设计方案和思路。

Part 1. 纯电动汽车电池高压安全的现状分析

GB/T18384是电动汽车安全要求标准，其分为三部分：车载储能部分、功能安全和故障防护、人员触电防护。标准针对电动汽车的电气安全提出了一系列的要求，以保证电动汽车在正常使用情况下的一些可能失效不会对使用者和周围环境造成危害。

图1 电动汽车结构简图

电动汽车动力系统一般由动力电池、电机、电机控制器、高压配电单元、DC-DC、AC-DC等高压部件组成。其结构如图1所示，为了保证高压动力系统的安全性，我们需从多个方面去进行设计。

图2 典型的纯电动汽车高压系统结构图

Part 2.动力电池高压安全防护措施

通过汇总各个车型及技术应用情况，按照高压安全防护措施的作用对象来进行分类如下：

图3动力电池高压安全防护措施分类

需要注意的是以上的防护措施在实际的应用过程中往往配合交叉使用，有效的保障电动汽车高压系统的安全性。

Part 3.动力电池高压安全防护关键技术探讨

3.1基于高压电器零件的防护技术

在电气安全标准中，按照绝缘失败后电击防护方式的不同可以将电器零件划分成四类，这四类电器零件的特征如表1。

表1 四类不同电器零件的绝缘防护

类比	主要特征	定义	特征
0类电器零	基本绝缘	带电部件上对触电起基本保护作用的绝缘	用于不导电的环境
Ⅰ类电器零件	附加绝缘	在基本绝缘一旦破损的情况下防止触电附件的独立绝缘	与保护接地相连接
Ⅱ类电器零件	加强绝缘	组合型的绝缘结构	不需要安全措施
Ⅲ类电器零件	安全特低电压供电	低压环境	接于安全特地电压

在设计与分析中，一般认为，施加了双重绝缘或者加强绝缘后，该设备带电部件在正常情况下不会被碰触到，也不会存在任何对外壳漏电而导致设备外壳带上危险电压的情况。这样就可以避免该设备对人员造成直接和间接电击，大大降低了动力系统的电击危险性，但是成本会相应的提高。

图4 Ⅱ类电器零件加强绝缘

3.2 漏电监测及保护技术

漏电监测及保护又叫绝缘监测，其原理是通过绝缘阻抗监测仪连接直流高压正负母线与车身或者电池包壳体之间的绝缘电阻来判断车辆是否存在绝缘故障，主要分为对地电压型和信号注入型。其中对地电压型需有高压电池才能进行绝缘检测，成本较低。信号注入型可以响应动力系统内任何部位出现的绝缘故障，精确地测得绝缘电阻，这是与国家标准推荐的对地电压型不能实现的，无需高压电池闭合继电器即可测得绝缘电阻。但是系统实现较对地电压型复杂，成本高。

需要注意的是只有全车高压组件所有可导电壳体与车身接地连接时，才能从一个或两个中心位置实现全车所有高压设备的绝缘监控，因此等电位连接是绝缘监控的基础。