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纯电|纯电动汽车高压电气系统设计原理


来源 | 线束工程师
一、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 。
1、低压电气系统采用 12 V 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；
2、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、车载充电系统、非车载充电系统及高压电安全管理系统等；
3、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 。
人体的安全电压及电流
纯电动汽车电压和电流等级都比较高 ， 动力电压一般都在 300～400 V（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 1 000～3 000 Ω 。 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 1 000 Ω 以下 。 由于我国安全电压多采用 36 V ， 大体相当于人体允许电流 30 mA、人体电阻 1 200 Ω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 36 V 。 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 2 mA ， 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2 mA 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 100 Ω/V 。
二、电动汽车高压电气系统安全设计概述
相对于传统汽车而言 ， 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 ， 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 。
1、高压系统构成
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保证 。
纯电|纯电动汽车高压电气系统设计原理
本文图片
【纯电|纯电动汽车高压电气系统设计原理】

图1 纯电动汽车高压系统框图
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 。
三、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 。
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 。


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