電動汽車高壓電故障與策略研究

蔣屹

摘 要：隨著科學技術的不斷進步，發展節能、零排放的電動汽車成為汽車工業發展的必然趨勢。電動汽車的工作電壓較高，工作電流達數十、甚至數百安培，當發生高壓電故障時，高電壓和大電流不僅危及乘客人身安全，還會影響車載用電器的正常工作。

關鍵詞：電動汽車；高壓電；故障；策略

一、電動汽車高壓系統配置簡介

電動汽車驅動能量的來源是動力蓄電池，因此純電動汽車的高壓電配置中只有動力蓄電池組一個高壓母線電路，高壓電安全管理系統對高壓電路的用電及安全進行直接的管理和控制。圖1是典型的電動汽車高壓電系統配置圖。其中，K1和K2為高壓電系統正負母線上的高壓直流接觸器，設置兩組高壓直流接觸器來分別控制蓄電池組高壓輸出正負母線，保證了斷開高壓電源和高壓電路電氣連接時的可靠性。由于高壓電系統電壓高達幾百伏，任何一部分故障都會為電動汽車帶來潛在的危險。為了充分保證電動汽車高壓電系統的用電安全，需要在分析高壓電系統故障的基礎上制定安全管理策略。

二、電動汽車高壓電故障分析

（一）動力蓄電池組故障。動力蓄電池組是系統高壓電的源頭，當動力蓄電池組故障或出現問題時，可能對電池本身造成傷害，甚至產生安全隱患。以鉛酸蓄電池為例，其常見的故障現象就包括電池溫度異常、漏液、事故甩出、電池電壓過高或過低以及周圍危險有害氣體聚集等，如處置不當，都可能造成人身傷害，甚至造成起火和爆炸。

（二）電機過熱故障。電機是電動汽車運行的驅動裝置，和動力蓄電池溫度過高類似，當電機因故障而過熱時，不僅可能損傷電機本身，也可能由于高溫而對高壓線路產生不良影響，進而引發其他的高壓故障。

（三）上電沖擊故障。通過對電動汽車高壓電系統的建模分析，我們知道，電動汽車高壓電系統存在容性負載，而根據容性負載在電路中的瞬態特性，在接通高壓電路的瞬間，容性負載將相當于短路，因此會對整個高壓系統產生電流瞬態沖擊。

（四）短路故障。電動汽車具有高電壓、大電流的動力回路，其正常工作電流通常可以在數十甚至上百安培，如果發生短路，瞬時短路電流更是會成倍增加。如果純電動汽車在發生短路故障后不能得到及時處理，那么如此大的電流將極易燒壞設備甚至引發火災。為此，解決短路故障問題是一項必須要進行的重要工作。

（五）接觸不良或斷路故障。實驗證明，高壓線路接觸不良或非預期斷路是純電動汽車在運行中可能出現的潛在故障，在該部分故障發生時，將可能引起高壓電暴露、動力回路輸出功率下降、甚至使連接器燒結等不良后果。此外，線路老化、腐蝕、雨水以及線路絕緣皮破損等等原因，都有可能導致發生絕緣失效故障。

三、電動汽車高壓電安全管理策略

（一）高壓環路互鎖檢測。高壓環路互鎖檢測主要檢測的是高壓回路的接觸不良、斷開故障。高壓環路互鎖檢測的整個過程為：由高壓安全監控系統的向高壓系統回路注入一個的電壓信號，如果系統接收不到返回的電壓或返回的電壓過低，則表明高壓系統回路的連接完整性沒有達到預期的要求，則安全監控系統判斷出現接觸不良或斷路故障，此時由安全監控系統輸出系統的狀態，并發出故障報警信號，等待人工處理。

（二）溫度檢測。為了實時監測動力蓄電池包內的溫度狀態，防止由于溫度過高而損壞動力蓄電池，需要進行電池溫度參數的采集。當安全監控系統采集到的電池溫度持續過高時，MCU系統就會給駕乘人員發出溫度過高故障警告，并等待駕乘人員檢查處理。而如果電池包內溫度檢測結果超過設定的溫度極限值，并持續一段時間，則可以判斷動力蓄電池發生了較為嚴重的過溫故障。為防止故障惡化，系統應該立即切斷高壓接觸器，斷開高壓回路。

（三）過電流檢測和高低壓保護。過電流檢測的目的是用來檢測短路故障，而高低壓保護功能則是為了保障純電動汽車在動力蓄電池高低壓時用電器及動力蓄電池的安全。要實現過電流檢測和高低壓保護功能，主要是對高壓電路系統工作電壓和電流值進行實時檢測和診斷。當檢測到系統的工作電流超出了允許的范圍，則判斷系統出現了短路故障，而當檢測到系統工作電壓過高或過低時，則診斷為高低電壓故障，鑒于這兩種故障可能產生的危害性，當其發生時均予以斷電處理。

四、結語

為了將電動汽車的安全性能提升至傳統內燃汽車的水平，對高壓電回路進行集成并對高壓電進行智能管理，將成為電動汽車高壓電安全的必然發展方向之一。相關技術人員要積極探索和開發完善的高壓電故障控制策略，提升電動汽車高壓電安全管理水平，保障電動汽車的使用效率。

參考文獻：

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