蔡德明 汪德強(qiáng) 伍孟春 黃祖朋 徐凱慶

摘要：電動(dòng)汽車高壓電安全管理系統(tǒng)是一套智能實(shí)現(xiàn)故障診斷和安全管理的系統(tǒng)。針對(duì)電動(dòng)汽車需要，設(shè)計(jì)性能先進(jìn)、可靠穩(wěn)定的高壓電安全管理和故障診斷系統(tǒng)來解決電動(dòng)汽車高壓電安全問題，以便能在故障發(fā)生時(shí)可及時(shí)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(guān)鍵詞：電動(dòng)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(hào)：U469.72? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）14-0013-02

0? 引言

電動(dòng)汽車的動(dòng)力裝置是電機(jī)和動(dòng)力電池，其電壓屬于高壓電，甚至高達(dá)幾百伏。當(dāng)電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將有可能給汽車和人員構(gòu)成了潛在的電安全威脅，因此在電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)時(shí)，高壓安全問題是必須要考慮和解決的問題。電動(dòng)汽車高壓電安全管理系統(tǒng)是一套智能實(shí)現(xiàn)故障診斷和安全管理的系統(tǒng)，目的是解決電動(dòng)汽車高壓電安全問題，這也是本文主要研究的技術(shù)方向。

1? 電動(dòng)汽車高壓電安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

電動(dòng)汽車高壓電問題可分為高壓互鎖問題、短路問題、動(dòng)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(fā)生都有可能給汽車和人員構(gòu)成了潛在的電安全威脅，為解決此問題，高壓電安全問題應(yīng)建立一套完善的管理策略，應(yīng)具備如下主要功能：

1.1 瞬態(tài)沖擊設(shè)計(jì)

當(dāng)高壓系統(tǒng)接通時(shí)，會(huì)在高壓回路中產(chǎn)生瞬時(shí)上電沖擊，可能損壞設(shè)備，給汽車和人員構(gòu)成了潛在的電安全威脅。所以為了防止出現(xiàn)上電瞬態(tài)沖擊，在設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行防電流瞬態(tài)沖擊保護(hù)的設(shè)計(jì)，即預(yù)充電設(shè)計(jì)。圖1為某一高壓控制器預(yù)充電原理圖。其中，“R”是預(yù)充電阻，預(yù)充繼電器、主繼電器為2個(gè)高壓直流接觸器。

當(dāng)車輛啟動(dòng)后，整車的高壓電安全管理系統(tǒng)開始工作，首先開始高壓上電前的預(yù)診斷功能，檢測電路的短路、絕緣等問題，同時(shí)檢測電池剩余電量、電壓情況，如果檢測沒有問題則開始進(jìn)行高壓電路預(yù)充電動(dòng)作。其預(yù)充過程為，控制器控制接通預(yù)充繼電器，并在設(shè)計(jì)的預(yù)充電時(shí)間內(nèi)，使得系統(tǒng)兩側(cè)的電壓“U”達(dá)到動(dòng)力電池兩側(cè)電壓“E”的90%及以上，則預(yù)充電成功，高壓電接通;否則預(yù)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(dòng)汽車高壓回路中，當(dāng)出現(xiàn)短路等問題，會(huì)產(chǎn)生過電流問題，如果不能及時(shí)檢測出過電流故障并處理，可能會(huì)對(duì)零件造成損壞，影響安全。所以在電動(dòng)汽車運(yùn)行過程中，需要設(shè)計(jì)一套測量精確度高、工作頻帶長、過載和抗干擾能力強(qiáng)、線性度好、測量范圍大的實(shí)時(shí)檢測電流系統(tǒng)，當(dāng)檢測到過電流問題，則進(jìn)入過電流故障處理模式，發(fā)出故障信號(hào)并斷開繼電器，停止用電器運(yùn)轉(zhuǎn)。針對(duì)高電壓、大電流的電動(dòng)汽車系統(tǒng)，過電流參數(shù)檢測主要應(yīng)用霍爾元件進(jìn)行。

1.3 電壓檢測及過壓故障處理

在電動(dòng)汽車電路中，會(huì)存在電壓不穩(wěn)定情況，過壓或者欠壓。當(dāng)出現(xiàn)過壓或者欠壓，會(huì)對(duì)用電器產(chǎn)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(shí)時(shí)電壓檢測裝置，對(duì)電路電壓進(jìn)行檢測，當(dāng)出現(xiàn)過壓、欠壓等情況則進(jìn)入電壓故障處理模式，發(fā)出故障信號(hào)并斷開繼電器，停止用電器運(yùn)轉(zhuǎn)。針對(duì)高電壓、大電流的電動(dòng)汽車系統(tǒng)，主要使用電壓表等設(shè)備對(duì)動(dòng)力電池正負(fù)母線電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

1.4 絕緣檢測及故障處理

一般電動(dòng)汽車動(dòng)力電池會(huì)采用較高的電壓等級(jí)，電壓等級(jí)有時(shí)會(huì)高達(dá)幾百伏，較高的電壓對(duì)整車絕緣性能提出了更高要求，如出現(xiàn)高壓絕緣問題將有可能給汽車和人員構(gòu)成了潛在的電安全威脅。所以在電動(dòng)汽車高壓安全設(shè)計(jì)中，要針對(duì)絕緣問題設(shè)計(jì)一套絕緣電阻的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)檢測整車絕緣狀況，如出現(xiàn)故障需及時(shí)進(jìn)行故障處理。

1.5 高壓互鎖檢測及故障處理

電動(dòng)汽車高壓接插件是非常重要的零件，當(dāng)高壓接插件存在接插不良，會(huì)造成接觸電流過大導(dǎo)致接插件燒結(jié)等問題。

為確保高壓連接器的連接可靠，在高壓回路中設(shè)計(jì)一套高壓互鎖系統(tǒng)，即通過低壓線形成線路閉環(huán)并將線路信號(hào)連接到控制器。如出現(xiàn)高壓接插件接插不良或者脫開情況，互鎖信號(hào)會(huì)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(shí)進(jìn)入故障模式直到故障排除才可恢復(fù)。

1.6 多余電能泄放設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車高壓回路中存在著大量的容性負(fù)載，這些容性負(fù)載在車輛斷電后還會(huì)存有殘留的電能。此部分電能如果不能及時(shí)釋放掉，將有可能給汽車和人員構(gòu)成了潛在的電安全威脅。所以在電動(dòng)汽車高壓安全設(shè)計(jì)中，會(huì)設(shè)計(jì)一套余電釋放系統(tǒng)，當(dāng)電動(dòng)車電源斷電后，帶電的B級(jí)電壓帶電部件和電平臺(tái)之間的總電容在其最大工作電壓下能量應(yīng)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(shè)計(jì)

對(duì)純電動(dòng)車的關(guān)鍵零部件，如電機(jī)、電機(jī)控制器、動(dòng)力電池、充電機(jī)、DCDC變換器等，不僅要采取有效的措施進(jìn)行散熱，同時(shí)要在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一套溫度檢測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測電路溫度情況，如出現(xiàn)過溫和過熱情況及時(shí)處理及進(jìn)行保護(hù)。

1.8 熔斷裝置設(shè)計(jì)

高壓回路中用電器應(yīng)該分別串聯(lián)符合性能規(guī)格要求的快速熔斷器和接觸器，用電器發(fā)生過流或短路時(shí)，熔斷器可快速自動(dòng)分?jǐn)?，切斷高壓輸出?/p>

2? 結(jié)語

電動(dòng)汽車高壓電安全問題，是電動(dòng)汽車開發(fā)過程中的共性問題，也是最重要的問題。通過對(duì)電動(dòng)汽車高壓電系統(tǒng)故障診斷和安全管理策略的研究，設(shè)計(jì)高壓電安全管理系統(tǒng)，使得高壓系統(tǒng)出現(xiàn)不同故障時(shí)可及時(shí)檢測到并處理，有效的保護(hù)整車及人員的用電安全。隨著電動(dòng)汽車技術(shù)快速發(fā)展，將會(huì)出現(xiàn)更多、更有效的高壓安全防護(hù)措施，后續(xù)將會(huì)更深一步的開展研究。

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