電動汽車安全控制策略研究與應(yīng)用

王斌剛　陳銀銀

【摘 要】新能源汽車發(fā)展已成為國家戰(zhàn)略趨勢，但是在新能源汽車發(fā)展過程中也暴露出了很多問題，續(xù)航里程短、充電時間長、充電基礎(chǔ)設(shè)施配置不到位、高壓安全等，高壓安全問題倍受廣大用戶關(guān)注，尤其是當(dāng)特斯拉、蔚來、比亞迪、江淮等純電動汽車出現(xiàn)幾期自燃事故后，用戶對于純電動汽車的安全問題更加憂慮，本文就電動汽車安全控制策略問題進(jìn)行分析和闡述，希望對于電動汽車的發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】新能源汽車;高壓安全;安全策略;控制策略;新能源。

引言

新能源汽車發(fā)展已成為國家戰(zhàn)略趨勢，但是目前國際、國內(nèi)已量產(chǎn)的新能源汽車已經(jīng)出現(xiàn)多起自燃、接觸器爆炸、高壓觸電等多起安全事故，本文所研究的電動汽車安全控制策略將對新能源汽車研發(fā)、制造和生產(chǎn)起到一定的指導(dǎo)作用。

一、高壓安全控制策略的目的和意義

1.1、新能源汽車與傳統(tǒng)汽車的最大區(qū)別是新能源汽車增加了動力電池、PDU、新能源轎車增加了OBC，驅(qū)動電機(jī)代替了發(fā)動機(jī)、DC-DC代替了發(fā)電機(jī);

1.2、傳統(tǒng)汽車電器件電壓等級為24V或者12V，而新能源汽車電壓等級提高到180V到500V，客車或者卡車因電量增大，電壓平臺甚至提高到750V左右;

1.3、傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機(jī)ECU更換成整車控制器VCU，增加了電池管理系統(tǒng)BMS，甚至新能源汽車因動力電池系統(tǒng)水冷增加熱管理控制器TMS，隨著整車控制系統(tǒng)的增加，整車控制系統(tǒng)邏輯變得比較復(fù)雜;

二、高壓安全控制策略的制定依據(jù)

高壓安全控制策略是每個車企和高壓安全系統(tǒng)工程師關(guān)注的焦點(diǎn)，也是大家努力的方向，那么如何做好高壓安全控制呢？

首先我們得從高壓安全的理論依據(jù)入手，首先根據(jù)純電動汽車安全標(biāo)準(zhǔn)要求，并從車載儲能裝置、功能安全、故障保護(hù)、人員觸電防護(hù)及高壓電安全管理控制策略等方面綜合考慮;制定一套完整的車輛設(shè)計(jì)手冊、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范;常見的規(guī)范如下：

2.1法規(guī)點(diǎn)檢表

法規(guī)點(diǎn)檢表是車輛開發(fā)的依據(jù)，必須弄清楚法規(guī)要求，例如：GB 7258、GB/T 18384.1、GB/T 18384.2、GB/T 18384.3、GB/T 18487.1、GB/T 18487.2、GB/T 18487.3等等，將標(biāo)準(zhǔn)中與本車型有關(guān)的內(nèi)容列出來，作為設(shè)計(jì)的輸入文件，做成點(diǎn)檢表，以方便后續(xù)設(shè)計(jì)點(diǎn)檢驗(yàn)收。

2.2、車輛安全策劃

純電動車輛安全設(shè)計(jì)，除了法規(guī)符合性點(diǎn)檢外，還需要從車輛本身、制造企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、工藝水平和能力出發(fā)，制定適合本企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)的設(shè)計(jì)規(guī)范、制造規(guī)范、質(zhì)量檢驗(yàn)規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn)文件，便于管控整車安全流程;因此車輛安全策劃關(guān)系到整車的研發(fā)部門、制造部門、質(zhì)量部門，需要大家共同去完成;

三、整車常見的高壓安全問題

3.1、絕緣電阻故障處理

電動汽車電氣化程度相對傳統(tǒng)汽車要高，其中像電池包、電驅(qū)動系統(tǒng)、高壓用電輔助設(shè)備、充電機(jī)及高壓線束等在汽車發(fā)生碰撞、翻轉(zhuǎn)及汽車運(yùn)行的惡劣環(huán)境（汽車振動、外部環(huán)境濕度及溫度）影響下，都有可能導(dǎo)致高壓電路與汽車底盤間的絕緣性能降低，由此可能造成汽車火災(zāi)的發(fā)生，直接影響汽車駕乘人員的生命安全。因此，在電動汽車高壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，首先應(yīng)確保絕緣電阻值大于 500 Ω/V;其次當(dāng)汽車發(fā)生絕緣電阻值低于規(guī)定值時，高壓管理系統(tǒng)應(yīng)及時切斷所有的高壓回路并發(fā)出聲光報警，并持續(xù)一定時間待原先故障消失后，汽車才能允許進(jìn)行下一次上電。高壓電路進(jìn)行絕緣檢測具體實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)參照國標(biāo)《電動汽車安全要求第 1 部分：車載儲能裝置》。

3.2、電壓檢測與故障處理

純電動汽車的動力來源是動力電池，動力電池的電壓與其放電能力和放電效率有很大的關(guān)系。當(dāng)動力電池電壓處于低電壓時仍大電流放電，將會損壞高壓用電設(shè)備并會嚴(yán)重影響電池使用壽命。當(dāng)檢測到電壓過高或過低時，應(yīng)及時切斷相關(guān)回路。因此為了保障純電動汽車在動力蓄電池低壓時用電器及動力蓄電池和駕乘人員的安全，需要設(shè)計(jì)電壓檢測電路對高壓電路系統(tǒng)工作電壓進(jìn)行實(shí)時準(zhǔn)確的檢測和安全合理的故障處理

四、電動汽車安全設(shè)計(jì)要求

4.1、高壓電電磁兼容性設(shè)計(jì)

由于純電動汽車上存在高壓交流系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的電磁干擾性，因此高壓線束設(shè)計(jì)時電源線與信號線盡量采用隔離或分開配線;電源線兩端考慮采用隔離接地，以免接地回路形成共同阻抗耦合將噪聲耦合至信號線;輸入與輸出信號線應(yīng)避免排在一起造成干擾;輸入與輸出信號線盡量避免在同一個接頭上，如不能避免時應(yīng)將輸入與輸出信號線錯開放置，高壓線束采用85%以上屏蔽網(wǎng)防護(hù)，以便電磁泄露影響其他系統(tǒng)正常工作。

4.2、高壓部件和高壓線束的防護(hù)與標(biāo)識設(shè)計(jì)

高壓部件的防護(hù)主要包括防水、機(jī)械防護(hù)及高壓警告標(biāo)識等。尤其是布置在機(jī)艙內(nèi)的部件，如電機(jī)及其控制系統(tǒng)、電動空調(diào)系統(tǒng)、DC/DC 電壓轉(zhuǎn)換器、車載充電機(jī)等及它們中間的連接接口，都需要達(dá)到一定的防水和防護(hù)等級。并且高壓部件應(yīng)具有高壓危險警告標(biāo)識，以警示用戶與維修人員在保養(yǎng)與維修時注意這些高壓部件。

4.3、預(yù)充電回路保護(hù)設(shè)計(jì)

因?yàn)楦邏涸O(shè)備控制器輸入端存在大量的容性負(fù)載，直接接通高壓主回路可能會產(chǎn)生高壓電沖擊，故為避免接通時的高壓電沖擊，高壓系統(tǒng)需采取預(yù)充電回路的方式對高壓設(shè)備進(jìn)行預(yù)充電。圖 4 示出純電動汽車高壓系統(tǒng)預(yù)充電回路原理圖。

由于純電動汽車線束包括低壓線束與高壓線束，為提示和警示用戶和維修人員，高壓線束應(yīng)采用橙色線纜并用橙色波紋管對其進(jìn)行防護(hù)。同時高壓連接器也應(yīng)標(biāo)識為橙色，起到警示作用，并且所選高壓連接器應(yīng)達(dá)到 IP67 防護(hù)等級。

五、總結(jié)

通過參與大量的電動汽車開發(fā)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，本文純電動汽車安全控制策略的設(shè)計(jì)理論依據(jù)、設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)原則、整車高壓安全常見的故障處理方式等進(jìn)行分析，并總結(jié)提出電動汽車安全控制策略的制定原則，對純電動汽車的安全設(shè)計(jì)提供了一定的參考依據(jù)。

（作者單位：山西省運(yùn)城市鹽湖區(qū)大運(yùn)汽車股份有限公司）