王子龍，楊國(guó)樑，王東升，譚金超

（中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300000）

整車電氣系統(tǒng)性能驗(yàn)證測(cè)試，簡(jiǎn)稱整車電性能測(cè)試，其目的在于在整車的電氣環(huán)境下，通過(guò)試驗(yàn)獲得車輛電氣系統(tǒng)的實(shí)際工作特性，從而查找其與車輛理論指標(biāo)的偏離--包括設(shè)計(jì)偏差、安全風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)、電氣系統(tǒng)漏洞等。通過(guò)實(shí)車測(cè)試及具體問(wèn)題的分析與整改，最終達(dá)到有效提升整車電氣系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性的目的。

對(duì)于電動(dòng)汽車車型，都包括由動(dòng)力電池包及各種高壓部件 （分線盒、電動(dòng)壓縮機(jī)、DC-DC等）構(gòu)成的高壓電氣系統(tǒng)和由低壓蓄電池及低壓負(fù)載構(gòu)成的低壓電氣系統(tǒng)。而相較于低壓電氣系統(tǒng)，高壓電氣系統(tǒng)由于其高電壓、大電流的特性，對(duì)安全要求及性能要求更加嚴(yán)格，因此高壓系統(tǒng)的電性能驗(yàn)證測(cè)試在電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證收尾工作中具有重要意義。

本文主要探討電動(dòng)汽車高壓電氣系統(tǒng)電性能驗(yàn)證測(cè)試的內(nèi)容及目標(biāo)：通過(guò)高壓電氣系統(tǒng)電性能測(cè)試，獲取實(shí)車環(huán)境下高壓電氣系統(tǒng)的工作特性，討論其與技術(shù)指標(biāo)的偏離，從而修正車輛技術(shù)偏差，降低高壓電氣系統(tǒng)造成的車輛安全風(fēng)險(xiǎn)以及人身安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 車輛安全性測(cè)試內(nèi)容

對(duì)于電動(dòng)汽車而言，由于其具有區(qū)別于傳統(tǒng)燃油汽車的高壓電氣系統(tǒng)，因此首先應(yīng)該考慮的就是整車安全的相關(guān)要求，其次是電氣系統(tǒng)的功能及性能相關(guān)要求。

對(duì)于電動(dòng)汽車影響車輛安全 （包括駕乘人員人身安全及車輛自身性能安全）的相關(guān)驗(yàn)證測(cè)試需求，主要是針對(duì)高壓漏電防護(hù)以及車輛高壓上下電安全方面的相關(guān)要求，包括電位均衡、絕緣電阻、車輛主被動(dòng)放電功能、絕緣涉水試驗(yàn)等方面。

1.1 電位均衡測(cè)試［1］

電位均衡即電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分之間電位差最小化。電位均衡要求出現(xiàn)在電動(dòng)車型上高壓部件的導(dǎo)體外殼／保護(hù)罩與車身搭鐵之間，或相鄰的高壓部件的導(dǎo)體外殼／保護(hù)罩之間。為保證車輛及使用者的安全，包括財(cái)產(chǎn)安全及人身安全，絕不能因高壓系統(tǒng)外殼／保護(hù)罩帶電、擊穿等原因，造成安全事故。

電位均衡測(cè)試將針對(duì)電動(dòng)汽車每個(gè)高壓部件進(jìn)行，測(cè)試內(nèi)容包括每個(gè)可導(dǎo)電的高壓部件外殼與車身搭鐵之間的電位均衡阻值以及相連的兩個(gè)可導(dǎo)電的高壓部件外殼之間的電位均衡阻值。測(cè)試設(shè)備可采用毫歐表進(jìn)行，也可采用電氣安規(guī)分析儀進(jìn)行。通過(guò)該項(xiàng)測(cè)試，獲取每個(gè)高壓部件外殼／保護(hù)罩與車身搭鐵之間、外殼相互連接的高壓部件之間的電位均衡電阻參數(shù)，判定其是否滿足低于0.1Ω的標(biāo)準(zhǔn)要求。 測(cè)試原理如圖1所示。

1.2 絕緣電阻測(cè)試

絕緣電阻是為了滿足電動(dòng)汽車安全目的而確定的一個(gè)足夠的電阻值，由于電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)與低壓系統(tǒng)是相互獨(dú)立的，因此絕緣電阻是表征電動(dòng)車高壓系統(tǒng)及部件相對(duì)于低壓系統(tǒng)絕緣性能的直接參數(shù)。

絕緣電阻相對(duì)于不同的高壓電器部件的要求也不同：對(duì)于車載儲(chǔ)能裝置／動(dòng)力電池，要求絕緣電阻瞬時(shí)值大于100Ω ／V［1］；對(duì)于整車絕緣電阻，要求大于1MΩ［1］。對(duì)于高壓元件單體絕緣電阻的要求，車載充電機(jī)為10MΩ［2］；驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子繞組對(duì)機(jī)殼的絕緣電阻一般要求高于20MΩ，濕熱試驗(yàn)后高于0.5MΩ［3］；電機(jī)控制器絕緣電阻要求高于1MΩ［3］；電動(dòng)汽車DC-DC絕緣電阻要求為不小于500Ω／V［4］；汽車空調(diào)用電動(dòng)壓縮機(jī)定子繞組對(duì)機(jī)殼的絕緣電阻要求清空壓縮機(jī)內(nèi)部冷凍機(jī)油后大于50MΩ，充入冷凍機(jī)油及制冷劑后大于20MΩ，交變濕熱試驗(yàn)后的熱態(tài)絕緣電阻大于1MΩ［4］；空調(diào)PTC絕緣電阻一般要求高于500MΩ。

絕緣電阻的測(cè)試要針對(duì)電動(dòng)汽車每個(gè)高壓部件進(jìn)行，要求測(cè)得每個(gè)高壓部件的正負(fù)極相對(duì)于低壓系統(tǒng) （車身搭鐵）的靜態(tài)絕緣電阻；同時(shí)，也要在車輛高壓上電之后的動(dòng)態(tài)絕緣電阻進(jìn)行監(jiān)控，確保電動(dòng)汽車高壓部件各自的靜態(tài)絕緣電阻和整車的動(dòng)態(tài)絕緣電阻均能夠達(dá)到限值要求。關(guān)于靜態(tài)絕緣電阻的測(cè)試，采用兆歐表進(jìn)行，也可采用電氣安規(guī)分析儀進(jìn)行；要求各高壓部件滿足各自的靜態(tài)絕緣電阻限值。關(guān)于動(dòng)態(tài)絕緣電阻的測(cè)試，可采用絕緣電阻監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行，或在確保車輛自身絕緣電阻監(jiān)測(cè)裝置準(zhǔn)確性的條件下，通過(guò)車輛網(wǎng)絡(luò)讀取其絕緣電阻數(shù)據(jù)；要求整車動(dòng)態(tài)絕緣電阻數(shù)據(jù)能夠滿足高壓部件中動(dòng)態(tài)絕緣電阻的最低限值，即高于DC-DC要求的500Ω／V。絕緣電阻測(cè)試原理如圖2所示。

圖1 測(cè)試原理

圖2 絕緣電阻測(cè)試原理

1.3 車輛主被動(dòng)放電功能測(cè)試

高壓電氣系統(tǒng)中的容性器件，在高壓部件工作后存在電勢(shì)累積。在高壓電源切斷后，該累積電勢(shì)必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)釋放至安全電壓以下，以避免出現(xiàn)高壓部件帶電，損壞部件，或造成人員觸電事故。

高壓部件根據(jù)其放電形式的不同可分為主動(dòng)放電與被動(dòng)放電。在高壓系統(tǒng)正常切斷時(shí)，高壓部件切入主動(dòng)放電回路進(jìn)行快速放電，即主動(dòng)放電；而在主動(dòng)放電功能異?；蚴r(shí)，高壓部件通過(guò)緩慢放電的形式進(jìn)行放電，即被動(dòng)放電。被動(dòng)放電是始終有效的，不需要進(jìn)行控制。

主動(dòng)放電和被動(dòng)放電測(cè)試過(guò)程中，主要通過(guò)使用高壓電壓采集探頭，監(jiān)控高壓部件的電壓變化情況，記錄高壓部件斷電后電壓下降至60V以下的時(shí)間，由于主動(dòng)放電、被動(dòng)放電并沒(méi)有具體的標(biāo)準(zhǔn)限值，因此主要以實(shí)車設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，驗(yàn)證其是否滿足實(shí)車的設(shè)計(jì)要求。

1.4 絕緣涉水試驗(yàn)

絕緣涉水試驗(yàn)，是在電動(dòng)汽車絕緣電阻測(cè)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行的絕緣涉水安全性測(cè)試，此試驗(yàn)可在車輛進(jìn)行涉水試驗(yàn)的同時(shí)進(jìn)行。在常溫狀態(tài)下記錄車輛的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文信息，包括車輛絕緣電阻、高壓負(fù)載工作狀態(tài)等，進(jìn)而在車輛進(jìn)行涉水試驗(yàn)的同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛涉水過(guò)程中的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文信息，與常溫狀態(tài)下的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，判斷車輛高壓電氣系統(tǒng)在涉水過(guò)程中的安全性及穩(wěn)定性。

2 車輛電氣性能測(cè)試

對(duì)于電動(dòng)汽車關(guān)于車輛功能實(shí)現(xiàn)或性能指標(biāo)的相關(guān)測(cè)試內(nèi)容，主要包括電動(dòng)汽車一些特定功能的實(shí)現(xiàn)情況，以及高壓部件的功能、性能相關(guān)的實(shí)現(xiàn)情況。相關(guān)測(cè)試內(nèi)容包括：預(yù)充電回路穩(wěn)定性、能量回收功能、電池包回路過(guò)電流斷開(kāi)器 （維修開(kāi)關(guān)MSD）性能、車載充電機(jī) （OBC）性能、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器性能、DC-DC性能，電動(dòng)壓縮機(jī)性能、PTC性能等。

2.1 預(yù)充電回路穩(wěn)定性測(cè)試

由于電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)電壓過(guò)高，為了防止主繼電器閉合時(shí)火花電弧及瞬間大電流的產(chǎn)生，降低沖擊，增加安全性，在主正繼電器處并聯(lián)設(shè)計(jì)預(yù)充電回路。

預(yù)充電回路包括預(yù)充繼電器及預(yù)充電阻兩部分，在高壓系統(tǒng)上電過(guò)程中，車輛接通主負(fù)繼電器后，首先接通預(yù)充繼電器，預(yù)充電阻的存在防止了繼電器觸點(diǎn)電火花及回路大電流沖擊現(xiàn)象的產(chǎn)生，在高壓系統(tǒng)電壓升高到要求的電壓值以上后，主正繼電器接通，預(yù)充繼電器斷開(kāi)，高壓系統(tǒng)開(kāi)始正常上電工作。

電動(dòng)汽車通過(guò)預(yù)充電設(shè)計(jì)來(lái)保證高壓上電過(guò)程的安全性，避免產(chǎn)生繼電器粘連等安全隱患。因此預(yù)充電回路的性能穩(wěn)定性十分重要。需要嚴(yán)格控制預(yù)充電回路的工作時(shí)間以及預(yù)充電阻溫度。也可通過(guò)進(jìn)行高壓系統(tǒng)多次上下電的耐久性試驗(yàn)，驗(yàn)證高壓系統(tǒng)連續(xù)多次啟動(dòng)時(shí)預(yù)充電回路及預(yù)充電阻的性能變化。測(cè)試使用溫度傳感器、高壓電壓測(cè)試探頭及高精度電流傳感器進(jìn)行，獲取高壓系統(tǒng)預(yù)充電回路的電流、電壓、預(yù)充電時(shí)間以及預(yù)充電阻溫度等參數(shù)，判定其是否符合車輛設(shè)計(jì)指標(biāo)。

2.2 能量回收功能測(cè)試

當(dāng)電動(dòng)汽車的運(yùn)行處于下坡或者滑行狀態(tài)時(shí)，可觸發(fā)能量回收模式，要求驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠給其額定電壓的125%的電源進(jìn)行充電。由于目前并沒(méi)有一個(gè)相關(guān)的具體標(biāo)準(zhǔn)對(duì)能量回收策略進(jìn)行規(guī)定，因此電動(dòng)車輛的能量回收策略各不相同。

在進(jìn)行能量回收驗(yàn)證測(cè)試時(shí)，需要根據(jù)車輛的實(shí)際能量回收策略規(guī)劃測(cè)試方案，如N擋不進(jìn)行能量回收、D擋回收能量、電池包SOC在5%～95%之間回收能量等。測(cè)試可通過(guò)監(jiān)控車輛網(wǎng)絡(luò)報(bào)文信息進(jìn)行，也可外接高壓電壓測(cè)試探頭及電流傳感器進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)對(duì)實(shí)車實(shí)際能量回收情況的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，與設(shè)計(jì)策略進(jìn)行對(duì)比，判斷其能量回收功能的具體實(shí)現(xiàn)情況。能量回收功能測(cè)試原理如圖3所示。

圖3 能量回收功能測(cè)試原理

2.3 電池包回路過(guò)電流斷開(kāi)器測(cè)試

電池包回路過(guò)電流斷開(kāi)器 （一般為維修開(kāi)關(guān)MSD），主要功能為在電動(dòng)汽車高壓母線出現(xiàn)短路、過(guò)流情況時(shí)，能夠切斷電池包回路，防止進(jìn)一步風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生；同時(shí)，在對(duì)電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)進(jìn)行維修時(shí)，也必須斷開(kāi)維修開(kāi)關(guān)MSD，確保電動(dòng)汽車的維修安全，防止觸電危險(xiǎn)的發(fā)生。

電池包回路過(guò)電流斷開(kāi)器的性能測(cè)試，需要模擬電池包回路過(guò)電流及短路情況，對(duì)電池包回路過(guò)電流斷開(kāi)器進(jìn)行單獨(dú)的測(cè)試，記錄測(cè)試回路中的電流、電壓數(shù)據(jù)，以及斷開(kāi)器的響應(yīng)時(shí)間，評(píng)價(jià)其是否滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4 高壓部件性能測(cè)試

高壓部件的電氣性能測(cè)試，首先對(duì)其額定工作時(shí)的電氣參數(shù)進(jìn)行采集，包括啟動(dòng)電流沖擊，穩(wěn)態(tài)工作電流、電壓等，對(duì)于DC-DC、OBC等電源轉(zhuǎn)換器件，還要對(duì)其轉(zhuǎn)化效率進(jìn)行評(píng)價(jià)。其次，測(cè)試還應(yīng)包括相關(guān)高壓部件邊緣工作條件的性能測(cè)試，如欠壓、過(guò)壓、高溫、低溫、高濕度等。具體測(cè)試指標(biāo)詳述如下。

1）車載充電機(jī)性能測(cè)試，包括：工作濕度溫度測(cè)試 （濕度最高95%，溫度-20～85℃），輸入電壓范圍測(cè)試 （±15%），輸入頻率范圍測(cè)試 （50Hz±2%），充電效率測(cè)試 （充電效率大于90%），限壓限流特性測(cè)試 （能夠?qū)㈦妷骸㈦娏飨拗圃谠O(shè)計(jì)值以內(nèi)），過(guò)壓、欠壓、過(guò)溫、短路、反接、斷電保護(hù)測(cè)試，啟動(dòng)沖擊電流測(cè)試，額定輸出電壓、電流誤差測(cè)試、電壓紋波系數(shù)測(cè)試、功率因數(shù)及充電效率測(cè)試、輸出響應(yīng)時(shí)間測(cè)試。

2）驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器性能測(cè)試，包括：工作濕度溫度測(cè)試 （高溫濕度為最高95%，溫度為+40℃，試驗(yàn)時(shí)間48h，試驗(yàn)后測(cè)試絕緣電阻值；低溫溫度-20℃，測(cè)試運(yùn)行4h），電壓波動(dòng)測(cè)試 （電機(jī)及控制器能在電源電壓為125%的額定電壓下安全承受最大電流，在75%額定電壓下能夠最大電流運(yùn)行，但不要求連續(xù)運(yùn)行），堵轉(zhuǎn)測(cè)試 （堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩及堵轉(zhuǎn)電流測(cè)試，以及電機(jī)達(dá)到規(guī)定的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩值時(shí)，其堵轉(zhuǎn)電流不大于控制器提供的最大電流值），能量回收測(cè)試 （電機(jī)通過(guò)控制器能夠給125%額定電壓的電壓源充電，但饋電電流的大小及饋電效率根據(jù)產(chǎn)品而定），耐電壓測(cè)試，最高工作轉(zhuǎn)速測(cè)試，控制器過(guò)載測(cè)試。

3）DC-DC性能測(cè)試，包括：轉(zhuǎn)化效率測(cè)試 （輸出功率與輸入功率及附屬設(shè)備消耗的功率之和的比值），工作溫濕度測(cè)試 （溫度-20℃～+60℃，濕度95%測(cè)試，時(shí)間大于2h），額定功率測(cè)試 （額定功率下，持續(xù)穩(wěn)定工作2h以上），峰值輸出功率及持續(xù)時(shí)間測(cè)試 （DC-DC的過(guò)載輸出功率不小于其額定功率的1.2倍，額定電壓下，調(diào)整負(fù)載輸出電流，使其與額定功率的乘積為額定功率的1.2倍，測(cè)試6min以上），耐電壓測(cè)試。

4）電動(dòng)壓縮機(jī)性能測(cè)試，包括：耐壓與漏電流測(cè)試，交變濕熱測(cè)試等。

5）PTC性能測(cè)試，包括：工作溫濕度測(cè)試 （溫度-20℃～+160℃測(cè)試；濕度90%，溫度25℃測(cè)試；測(cè)試前后的額定功率差在正負(fù)10%之內(nèi)），起始電流測(cè)試 （低于2.5倍額定工作電流），耐電壓測(cè)試 （測(cè)試前后的額定功率差在正負(fù)10%之內(nèi)）。

高壓部件的電氣性能測(cè)試，由于涉及到具體的高壓部件，部分試驗(yàn)如短路、反接等，在整車條件下不能實(shí)現(xiàn)或存在較大風(fēng)險(xiǎn)，可對(duì)部件單體進(jìn)行試驗(yàn)。部分可在整車狀態(tài)下進(jìn)行的試驗(yàn)如高低溫、高濕度、耐壓、欠壓等試驗(yàn)，相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)性較低，也可在整車上進(jìn)行驗(yàn)證。

3 車輛其它電氣性能測(cè)試內(nèi)容

關(guān)于整車級(jí)別的高壓回路短路、過(guò)電流，回路突然切斷等測(cè)試，由于相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)較高，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或要求，還處于摸索階段。關(guān)于高壓沿電源線的瞬態(tài)傳導(dǎo)干擾相關(guān)測(cè)試，如高壓感性負(fù)載、拋負(fù)載等測(cè)試內(nèi)容，盡管可以實(shí)現(xiàn)，但缺少相關(guān)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，也需要根據(jù)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，最終能夠得到適合企業(yè)自身的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

目前國(guó)內(nèi)外并沒(méi)有具體的關(guān)于整車電性能測(cè)試方法的國(guó)家或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)可供參考，主要是通過(guò)安全標(biāo)準(zhǔn)、整車及零部件性能標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試經(jīng)驗(yàn)及車輛易發(fā)問(wèn)題項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)，提出測(cè)試方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)。

另外，隨著汽車制造仿真系統(tǒng)的不斷完善，國(guó)內(nèi)外整車廠越來(lái)越重視車輛的前期設(shè)計(jì)及仿真研究，通過(guò)電腦模型仿真來(lái)規(guī)避大部分的電氣系統(tǒng)問(wèn)題，以達(dá)到減少車輛問(wèn)題及后期測(cè)試成本的目的。