电动汽车高压电安全管理系统设计

蔡德明 汪德强 伍孟春 黄祖朋 徐凯庆

摘要：电动汽车高压电安全管理系统是一套智能实现故障诊断和安全管理的系统。针对电动汽车需要，设计性能先进、可靠稳定的高压电安全管理和故障诊断系统来解决电动汽车高压电安全问题，以便能在故障发生时可及时有效的作出处理，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.

關键词：电动汽车;高压电安全;故障诊断

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

中图分类号：U469.72                                     文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）14-0013-02

0  引言

电动汽车的动力装置是电机和动力电池，其电压属于高压电，甚至高达几百伏。当电动汽车高压系统出现故障，将有可能给汽车和人员构成了潜在的电安全威胁，因此在电动汽车设计时，高压安全问题是必须要考虑和解决的问题。电动汽车高压电安全管理系统是一套智能实现故障诊断和安全管理的系统，目的是解决电动汽车高压电安全问题，这也是本文主要研究的技术方向。

1  电动汽车高压电安全管理系统设计方案

电动汽车高压电问题可分为高压互锁问题、短路问题、动力蓄电池组问题、绝缘问题、过流问题等7类，任何一类问题发生都有可能给汽车和人员构成了潜在的电安全威胁，为解决此问题，高压电安全问题应建立一套完善的管理策略，应具备如下主要功能：

1.1 瞬态冲击设计

当高压系统接通时，会在高压回路中产生瞬时上电冲击，可能损坏设备，给汽车和人员构成了潜在的电安全威胁。所以为了防止出现上电瞬态冲击，在设计时要进行防电流瞬态冲击保护的设计，即预充电设计。图1为某一高压控制器预充电原理图。其中，“R”是预充电阻，预充继电器、主继电器为2个高压直流接触器。

当车辆启动后，整车的高压电安全管理系统开始工作，首先开始高压上电前的预诊断功能，检测电路的短路、绝缘等问题，同时检测电池剩余电量、电压情况，如果检测没有问题则开始进行高压电路预充电动作。其预充过程为，控制器控制接通预充继电器，并在设计的预充电时间内，使得系统两侧的电压“U”达到动力电池两侧电压“E”的90%及以上，则预充电成功，高压电接通;否则预充电失败，高压电断开。

1.2 电流检测及过电流故障处理

在电动汽车高压回路中，当出现短路等问题，会产生过电流问题，如果不能及时检测出过电流故障并处理，可能会对零件造成损坏，影响安全。所以在电动汽车运行过程中，需要设计一套测量精确度高、工作频带长、过载和抗干扰能力强、线性度好、测量范围大的实时检测电流系统，当检测到过电流问题，则进入过电流故障处理模式，发出故障信号并断开继电器，停止用电器运转。针对高电压、大电流的电动汽车系统，过电流参数检测主要应用霍尔元件进行。

1.3 电压检测及过压故障处理

在电动汽车电路中，会存在电压不稳定情况，过压或者欠压。当出现过压或者欠压，会对用电器产生影响，甚至损坏用电器。所以需要安装一套测量精确度高、测量范围大的实时电压检测装置，对电路电压进行检测，当出现过压、欠压等情况则进入电压故障处理模式，发出故障信号并断开继电器，停止用电器运转。针对高电压、大电流的电动汽车系统，主要使用电压表等设备对动力电池正负母线电压进行实时监测。

1.4 绝缘检测及故障处理

一般电动汽车动力电池会采用较高的电压等级，电压等级有时会高达几百伏，较高的电压对整车绝缘性能提出了更高要求，如出现高压绝缘问题将有可能给汽车和人员构成了潜在的电安全威胁。所以在电动汽车高压安全设计中，要针对绝缘问题设计一套绝缘电阻的实时监控系统，以实时检测整车绝缘状况，如出现故障需及时进行故障处理。

1.5 高压互锁检测及故障处理

电动汽车高压接插件是非常重要的零件，当高压接插件存在接插不良，会造成接触电流过大导致接插件烧结等问题。

为确保高压连接器的连接可靠，在高压回路中设计一套高压互锁系统，即通过低压线形成线路闭环并将线路信号连接到控制器。如出现高压接插件接插不良或者脱开情况，互锁信号会传到控制器，控制器通过控制继电器等断开等措施，禁止用电器工作，同时进入故障模式直到故障排除才可恢复。

1.6 多余电能泄放设计

电动汽车高压回路中存在着大量的容性负载，这些容性负载在车辆断电后还会存有残留的电能。此部分电能如果不能及时释放掉，将有可能给汽车和人员构成了潜在的电安全威胁。所以在电动汽车高压安全设计中，会设计一套余电释放系统，当电动车电源断电后，带电的B级电压带电部件和电平台之间的总电容在其最大工作电压下能量应小于0.2焦耳，并且电压降低到30V a.c.或60V d.c。

1.7 温度检测设计

对纯电动车的关键零部件，如电机、电机控制器、动力电池、充电机、DCDC变换器等，不仅要采取有效的措施进行散热，同时要在系统中设计一套温度检测系统，实时检测电路温度情况，如出现过温和过热情况及时处理及进行保护。

1.8 熔断装置设计

高压回路中用电器应该分别串联符合性能规格要求的快速熔断器和接触器，用电器发生过流或短路时，熔断器可快速自动分断，切断高压输出。

2  结语

电动汽车高压电安全问题，是电动汽车开发过程中的共性问题，也是最重要的问题。通过对电动汽车高压电系统故障诊断和安全管理策略的研究，设计高压电安全管理系统，使得高压系统出现不同故障时可及时检测到并处理，有效的保护整车及人员的用电安全。随着电动汽车技术快速发展，将会出现更多、更有效的高压安全防护措施，后续将会更深一步的开展研究。

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