電動汽車高壓性能指標匹配方法研究

【摘" 要】文章以正向開發的思路，梳理高壓性能指標設計依據、主要內容以及測試驗證要求，為電動汽車高壓系統集成提供設計參考。

【關鍵詞】高壓系統；高壓部件；高壓安全；高壓性能

中圖分類號：U469.72"""" 文獻標識碼：A""" 文章編號：1003-8639（2025）01-0038-02

Research on High Voltage Performance Index Matching Method of Electric Vehicle

SONG Bo，WANG Chaojun，LI Jun，LIU Ming，RAN Chen，HUANG Yang

（Seres Automobile Co.，Ltd.，Chongqing 401120，China）

【Abstract】In this paper，the design basis，main content and testing and verification requirements of high voltage performance indicators are sorted out with the idea of forward development. This paper provides design reference for high voltage system integration of electric vehicle.

【Key words】high voltage system；high voltage components；high voltage safety；high voltage performance

1" 電動汽車高壓系統概述

電動汽車高壓系統是電動汽車的核心部分，主要包括動力電池、電驅、電控以及高壓配電系統（PDU，內部包含高壓繼電器、熔斷器、電阻等器件）、電動壓縮機總成（CCU）、直流直流轉換器（DC/DC）、車載充電機（OBC）、PTC加熱器等部件[1]。混合動力電動汽車還包括發電機及其控制器（GCU）。

早期的電動汽車高壓系統由N個獨立部件組成，隨著技術的進步，這些部件開始向集成化方向發展，系統的整體性能和可靠性進一步提升。高壓系統組成如圖1所示。

2" 電動汽車高壓架構簡介

電動汽車的高壓架構指高壓電氣系統的組成和設計，根據整車功能、性能以及安全性等要求確定整車高壓架構。按照正向設計思路，先確定整車高壓架構，再進行高壓部件開發、選型。高壓架構需要明確動力電池和各高壓部件的連接關系，主正、負接觸器和預充電路的位置（在電池包內，還是在PDU內），是否配置獨立高壓盒（PDU），高壓互鎖檢測的方式，以及部件之間的集成關系等（如OBC和DC/DC集成為二合一，電機控制和電機、減速器集成為電驅三合一）。圖2為某車型高壓架構示意圖。

對于某一車型，高壓架構沒有絕對的優劣，只有適合或更適合，評價的維度不同，體現的價值就不同。比如部件集成度高能夠減小總體積，降低成本，但可能帶來裝配空間受限、售后維護成本高等問題。

3" 高壓性能指標的設計依據及主要內容

高壓系統性能指標是整車高壓系統設計的重要組成部分，也是高壓零部件的設計輸入，并作為后續零部件和整車驗收的重要依據。通過高壓系統性能指標能更好地指導高壓零部件開發，保障系統安全，提升系統品質，減少整車高壓安全風險[2]。

3.1" 高壓性能指標設計依據

高壓性能指標分為零部件級和整車（系統）級，高壓架構中明確了高壓零部件的類型和連接關系，高壓性能指標從高壓系統匹配、高壓系統安全、高壓能量管理、高壓系統品質4個方面進行描述。

1）基于整車性能目標，結合系統匹配和故障處理策略等要求，分解得到高壓系統匹配相關的性能指標項。

2）基于新能源汽車安全相關的國家標準和企業標準中功能安全和高壓安全內容，分解得到高壓系統安全相關的性能指標項。

3）基于相關高壓零部件法規要求，以及整車高壓系統性能要求（充電時間、能量轉換效率、熱管理等），分解得到高壓能量管理相關的性能指標項。

4）基于高壓系統性能要求和整車性能目標，分解得到高壓系統品質相關的性能指標項。

3.2" 高壓性能指標主要內容

3.2.1" 高壓系統匹配

根據整車動力性要求，通過動力性仿真分析，給出動力總成需求（功率、轉速、扭矩等）。

根據電壓匹配、動力性及續航等要求，通過動力性仿真分析，給出動力電池需求（電壓、電量、充放電功率等）。

根據動力電池的電壓工作范圍及系統匹配要求，通過動力性仿真，結合扭矩分配策略及零部件自身的特性等，給出前后MCU的故障處理策略，相關高壓線束及熔斷絲的選型，以及與整車高壓系統的匹配校核。

根據電池的電壓工作范圍及系統匹配要求，結合性能指標要求及零部件自身的特性等，給出OBC、DC/DC、PTC和CCU等的故障處理策略，高壓線束及熔斷絲的選型，以及與整車高壓系統的匹配校核。

3.2.2" 高壓系統安全

按照GB 18384—2020《電動汽車安全要求》[3]和GB/T 43332—2023《電動汽車傳導充放電安全要求》[4]中對高壓安全和功能安全的要求，分解出以下指標（示例）。

1）高壓警示標識。高壓零部件應具有高壓警示標識，且張貼在醒目位置，標識符合規范要求，布置在濕區的標識有一定的抗侵蝕能力。

2）絕緣保護、耐壓防護及電位均衡，整車高壓系統及零部件需滿足《電動汽車安全要求》中5.1.4規定的間接接觸防護要求。

3）主被動放電、高壓互鎖、IP防護及碰撞安全。

3.2.3" 高壓能量管理

根據GB/T 24347—2021《電動汽車DC/DC變換器》[5]以及整車的經濟性仿真分析要求，給出DC/DC轉換性能（輸出效率、電壓超調量等）。

根據GB∕T 40432—2021《電動汽車用傳導式車載充電機》[6]以及整車系統匹配要求，給出OBC充放電的轉化性能（充放電的電流控制精度、電壓控制誤差等）。

3.2.4" 高壓系統品質

根據系統開發匹配要求，給出系統上下電品質設計要求（上下電時間、繼電器閉合時間等）。

根據系統開發匹配及整車性能目標VTS要求，給出高壓系統外接充放電的設計要求（充電時間、充電效率等）。

4" 高壓性能指標的試驗與驗證

當所有系統和零部件級的高壓性能指標確定后，進行零部件設計、選型和系統集成工作。如果零部件某些參數無法達到指標要求，經專業組評審后決策是否堅持既定性能指標。若調整指標，需同步更新性能指標清單并報備。

4.1" 單件測試

零部件開發完成后集成到整車之前，需要進行必要的功能和性能驗證，至少應包含動力電池與BMS、驅動電機與MCU、高壓配電盒、車載充電機、DC/DC轉換器、電動壓縮機、PTC加熱器和高壓線束等部件的單件測試。

測試時需要用到必要的設備（如電子負載、電阻負載、示波器、功率分析儀、絕緣檢測儀、耐壓測試儀和CANoe等），甚至搭建專用測試臺架。這些測試對于確保電動汽車高壓部件的安全性和性能至關重要，能夠有效保證高壓部件的性能、安全性和可靠性。具體測試項目包含但不限于以下內容。

1）動力電池與BMS測試項目：電壓穩定性、電流輸出、容量、充電效率等。

2）驅動電機與MCU測試項目：電流、功率、效率等。

3）高壓配電盒測試項目：電壓穩定性、電流輸出、安全性等。

4）車載充電器測試項目：轉換效率、電流輸出等。

5）DC/DC轉換器測試項目：轉換效率、電流輸出等。

6）電動壓縮機測試項目：電流、功率、效率等。

7）PTC加熱器測試項目：電阻、溫度等。

8）高壓線束測試項目：電阻、絕緣電阻等。

4.2" 系統測試

單件測試確認完成后，需要進一步驗證高壓部件集成到整車上后相互之間的關聯和影響。因此需要通過系統測試進一步對系統級的性能指標進行測試驗證。

系統測試主要包含：整車電源分配測試、整車電壓跳變測試、能量管理測試和電氣安全測試。

1）整車電源分配測試：驗證電源系統中各個電路保護器件及其所在電氣回路的電氣工作特性，確保滿足技術要求。

2）整車電壓跳變測試：模擬整車環境下各種典型的電壓變化，測試各系統和功能的工作情況。

3）能量管理測試：①DC/DC變換器測試，評估恒流輸出和恒壓輸出特性的DC/DC變換器的控制精度和額定功率；②能量消耗率測試，測量動力蓄電池充滿電后的續駛里程試驗期間的能量消耗率。

4）電氣安全測試：①電位均衡測試，最小化電氣設備外露可導電部分之間的電位差，確保阻值小于0.1Ω[1]；②絕緣測試，測試電路絕緣電阻，確保滿足相關標準。

5" 總結與展望

本文介紹了電動汽車高壓性能指標的匹配方法，列舉了具體性能指標項，旨在明確電動汽車設計開發過程中高壓性能的匹配方法，確保電動汽車的高壓部件在各種條件下都能正常工作并具有良好的性能。

隨著新材料的研究應用（如高性能絕緣材料），高壓電氣安全性將進一步提升；更優的控制策略和算法，進一步提升高壓部件的性能和效率。建立可靠性模型，預測高壓部件的壽命和故障概率，提前暴露安全隱患。總之，電動汽車高壓性能指標將繼續受到研究和發展的關注，以推動電動汽車技術的進步。

參考文獻

[1] 李軍亮，鄭立濤，熊瑤.純電動汽車高壓電氣架構研究[J].汽車電器，2019（9）：26-28.

[2] 王子龍，楊國樑，王東升，等.電動汽車高壓系統電性能測試研究[J]. 汽車電器，2019（12）：14-16.

[3] GB 18384—2020，電動汽車安全要求[S].

[4] GB/T 43332—2023，電動汽車傳導充放電安全要求[S].

[5] GB∕T 24347—2021，電動汽車DC/DC變換器[S].

[6] GB∕T 40432—2021，電動汽車用傳導式車載充電機[S].

（編輯" 楊凱麟）