電動汽車高壓電安全管理系統設計

蔡德明 汪德強 伍孟春 黃祖朋 徐凱慶

摘要：電動汽車高壓電安全管理系統是一套智能實現故障診斷和安全管理的系統。針對電動汽車需要，設計性能先進、可靠穩定的高壓電安全管理和故障診斷系統來解決電動汽車高壓電安全問題，以便能在故障發生時可及時有效的作出處理，保障安全。

Abstract： Electric vehicle high voltage safety management system is a set of intelligent fault diagnosis and safety management system.Aiming at the needs of electric vehicles， the advanced， reliable and stable high-voltage safety management and fault diagnosis system is designed to solve the high-voltage safety problems of electric vehicles， so that the fault can be dealt with timely and effectively to ensure safety.

關鍵詞：電動汽車;高壓電安全;故障診斷

Key words： electric vehicles;high voltage safety;fault diagnosis

中圖分類號：U469.72? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0013-02

0? 引言

電動汽車的動力裝置是電機和動力電池，其電壓屬于高壓電，甚至高達幾百伏。當電動汽車高壓系統出現故障，將有可能給汽車和人員構成了潛在的電安全威脅，因此在電動汽車設計時，高壓安全問題是必須要考慮和解決的問題。電動汽車高壓電安全管理系統是一套智能實現故障診斷和安全管理的系統，目的是解決電動汽車高壓電安全問題，這也是本文主要研究的技術方向。

1? 電動汽車高壓電安全管理系統設計方案

電動汽車高壓電問題可分為高壓互鎖問題、短路問題、動力蓄電池組問題、絕緣問題、過流問題等7類，任何一類問題發生都有可能給汽車和人員構成了潛在的電安全威脅，為解決此問題，高壓電安全問題應建立一套完善的管理策略，應具備如下主要功能：

1.1 瞬態沖擊設計

當高壓系統接通時，會在高壓回路中產生瞬時上電沖擊，可能損壞設備，給汽車和人員構成了潛在的電安全威脅。所以為了防止出現上電瞬態沖擊，在設計時要進行防電流瞬態沖擊保護的設計，即預充電設計。圖1為某一高壓控制器預充電原理圖。其中，“R”是預充電阻，預充繼電器、主繼電器為2個高壓直流接觸器。

當車輛啟動后，整車的高壓電安全管理系統開始工作，首先開始高壓上電前的預診斷功能，檢測電路的短路、絕緣等問題，同時檢測電池剩余電量、電壓情況，如果檢測沒有問題則開始進行高壓電路預充電動作。其預充過程為，控制器控制接通預充繼電器，并在設計的預充電時間內，使得系統兩側的電壓“U”達到動力電池兩側電壓“E”的90%及以上，則預充電成功，高壓電接通;否則預充電失敗，高壓電斷開。

1.2 電流檢測及過電流故障處理

在電動汽車高壓回路中，當出現短路等問題，會產生過電流問題，如果不能及時檢測出過電流故障并處理，可能會對零件造成損壞，影響安全。所以在電動汽車運行過程中，需要設計一套測量精確度高、工作頻帶長、過載和抗干擾能力強、線性度好、測量范圍大的實時檢測電流系統，當檢測到過電流問題，則進入過電流故障處理模式，發出故障信號并斷開繼電器，停止用電器運轉。針對高電壓、大電流的電動汽車系統，過電流參數檢測主要應用霍爾元件進行。

1.3 電壓檢測及過壓故障處理

在電動汽車電路中，會存在電壓不穩定情況，過壓或者欠壓。當出現過壓或者欠壓，會對用電器產生影響，甚至損壞用電器。所以需要安裝一套測量精確度高、測量范圍大的實時電壓檢測裝置，對電路電壓進行檢測，當出現過壓、欠壓等情況則進入電壓故障處理模式，發出故障信號并斷開繼電器，停止用電器運轉。針對高電壓、大電流的電動汽車系統，主要使用電壓表等設備對動力電池正負母線電壓進行實時監測。

1.4 絕緣檢測及故障處理

一般電動汽車動力電池會采用較高的電壓等級，電壓等級有時會高達幾百伏，較高的電壓對整車絕緣性能提出了更高要求，如出現高壓絕緣問題將有可能給汽車和人員構成了潛在的電安全威脅。所以在電動汽車高壓安全設計中，要針對絕緣問題設計一套絕緣電阻的實時監控系統，以實時檢測整車絕緣狀況，如出現故障需及時進行故障處理。

1.5 高壓互鎖檢測及故障處理

電動汽車高壓接插件是非常重要的零件，當高壓接插件存在接插不良，會造成接觸電流過大導致接插件燒結等問題。

為確保高壓連接器的連接可靠，在高壓回路中設計一套高壓互鎖系統，即通過低壓線形成線路閉環并將線路信號連接到控制器。如出現高壓接插件接插不良或者脫開情況，互鎖信號會傳到控制器，控制器通過控制繼電器等斷開等措施，禁止用電器工作，同時進入故障模式直到故障排除才可恢復。

1.6 多余電能泄放設計

電動汽車高壓回路中存在著大量的容性負載，這些容性負載在車輛斷電后還會存有殘留的電能。此部分電能如果不能及時釋放掉，將有可能給汽車和人員構成了潛在的電安全威脅。所以在電動汽車高壓安全設計中，會設計一套余電釋放系統，當電動車電源斷電后，帶電的B級電壓帶電部件和電平臺之間的總電容在其最大工作電壓下能量應小于0.2焦耳，并且電壓降低到30V a.c.或60V d.c。

1.7 溫度檢測設計

對純電動車的關鍵零部件，如電機、電機控制器、動力電池、充電機、DCDC變換器等，不僅要采取有效的措施進行散熱，同時要在系統中設計一套溫度檢測系統，實時檢測電路溫度情況，如出現過溫和過熱情況及時處理及進行保護。

1.8 熔斷裝置設計

高壓回路中用電器應該分別串聯符合性能規格要求的快速熔斷器和接觸器，用電器發生過流或短路時，熔斷器可快速自動分斷，切斷高壓輸出。

2? 結語

電動汽車高壓電安全問題，是電動汽車開發過程中的共性問題，也是最重要的問題。通過對電動汽車高壓電系統故障診斷和安全管理策略的研究，設計高壓電安全管理系統，使得高壓系統出現不同故障時可及時檢測到并處理，有效的保護整車及人員的用電安全。隨著電動汽車技術快速發展，將會出現更多、更有效的高壓安全防護措施，后續將會更深一步的開展研究。

參考文獻：

[1]吳振軍，王麗芳.電動汽車智能在線絕緣監測裝置研究[J].低壓電器，2009（5）：20-22.

[2]羌嘉曦，楊林，等.電動汽車動力高壓電測試系統的研究[J].電源技術.2007，31（8）：655-656.

[3]黃勇，陳全世，陳伏虎.電動汽車電氣絕緣監測方法的研究[J].儀器儀表與檢測，2005（4）：92-94.

[4]朱建新，鄭榮良，卓斌，等.電動汽車高壓電安全診斷和控制策略的研究[J].汽車工程，2007（4）：308-312.

[5]劉碧軍，楊林，朱建新，等.電動汽車高壓電安全檢測系統的研究[J].汽車工程，2005，27（3）.