電動汽車用電安全的防護措施

楊濤 陳玉剛 王江宏 李玉吉

陜西國防工業職業技術學院 陜西省西安市 710300

日益嚴峻的能源短缺和環境污染問題，世界各國共同承諾節能減排，由于電動汽車的優勢特點，成為各國汽車行業未來發展的方向[1]，電動汽車由動力電池的驅動電動機為汽車產生動力，取代了傳統汽車的油箱和發動機，而電動汽車中電壓可達到上萬伏，然而安全電壓的直流電壓不超過60V，交流電壓不超過25V，因此電動汽車不僅對車載高壓電安全管理系統有更高的要求，對電動汽車檢修安全也提出了新知識和技能的要求，本文從電動汽車高壓電安全設計進行研究分析，為電動汽車檢測與維修提供一定的技術支持。

1 電對人的傷害

觸電會對人體造成電擊、電傷、電磁三種形式的傷害。電流流經人體造成抽筋、呼吸麻痹、甚至死亡稱為電擊。電流對人體外部造成的傷害稱為電傷，如電灼傷、電烙印、皮膚金屬化等。電場傷害是指人體在高壓電磁場作用下受到的傷害。

2 電動汽車

電動汽車作為一款新能源汽車，通過車載電源為電機提供電能，使用時以電動機為驅動系統，符合國家相關的道路交通和安全法規標準的汽車[2]。電動機與傳統汽車最大的區別在于電機代替了發動機，蓄電池代替了燃油箱，底盤部分只是對傳動系統進行了簡化，車身和電氣基本變化不太大。電動汽車的能源有效利用率高、實現零排放、噪聲低，整體結構簡化等優點，促使電動汽車迅速產業化。

在電動汽車快速推廣，銷量迅猛增加的進程中，眾泰純電動車出租車杭州街頭自燃；上海電池+電容純電動825路公交車在公交站點自燃；比亞迪E6電動出租車被高速行駛的跑車撞擊后起火燃燒；特斯拉純電動跑車碰撞起火或自燃等等眾多安全事故的發生將電動汽車高壓電氣安全問題推向熱點。其中一例特斯拉純電動跑車碰撞事故，車主按照車載的安全警示系統，駛離高速公路，并成功停車、脫身，沒有受傷，就歸功于安全的高壓安全系統。

3 電動汽車上的高壓用電安全設計

電動汽車高壓電氣系統包括自身的高壓系統和充電時的高壓系統。即在電池箱體內合理布置的動力電池組和驅動電機，保證能夠提供正常的驅動動力；能夠在車輛發生故障時及時切斷高壓回路的安全部件；絕緣電阻檢測系統，診斷漏電流、分析絕緣性，及時診斷高壓安全狀態；設計軟啟動電路，保證高電壓、大電流的功率部件的安全性。一般采用絕緣線纜或其他可以防止人員直接接觸高壓線路的裝置等物理方法對高壓系統進行充分隔離，并將電動汽車高壓電配線的線皮設置成鮮艷的橙色和通過設置明顯的高壓警示標志，以防止人員誤接觸高壓系統發生觸電。按國際通行規定，電動汽車上應用顏色鮮艷的明顯警戒標識有高電壓的器件。同時還設計了很多監控系統如自動危險電壓斷開、手動斷開、互鎖和等電位聯結等，來保證電動汽車的用電安全[3]。另外，對電動汽車的高壓系統進行保養或者維修時，必須有相應的安全保護系統或者安全防護措施以防止人員遭受電擊傷害。

3.1 高壓絕緣防護設計措施

電動汽車的高壓電氣設備，兩個接線端和連接線束與電氣設備的外殼，外殼與車身之間都設置有絕緣電阻。高壓部位直接對車身的絕緣失效，母線正極對車身的絕緣電阻值變小，若當人體接觸到負極母線時，通過人體的電流恰好超過了安全電流限值，就會發生電擊事故。針對該問題采取的措施，主要通過基本絕緣、輔助絕緣和雙重絕緣保護來實現[4]。雙重絕緣保護能夠有效的減少人員的觸電事故，但是這種做法會大大增加成本。

高壓部位對設備外殼的絕緣失效，如果人體一端接觸漏電的電氣外殼，另一端接觸高壓母線負極，即使人體與車身之間是絕緣的，仍然會有電流流過人體，很有可能造成間接的電擊。為了避免此類問題的發生，人體可能直接觸及的外殼必須達到IPXXD防護等級的標準。

3.2 系統監控用電的安全防護措施

由于汽車上工作環境復雜，線路老化或絕緣破損等都可能產生人員觸電、線路漏電及短路等危險[5]，所以在用電安全方面，不僅采取基于設備自身的防護措施，還需要采用一些高壓電氣系統的防護措施，如保護接地和保護接零、等電位聯結、電氣隔離、熔斷、自動斷路和手動斷開等。

結合不同用電設備特點采用不同的防護措施，如保護接地和接零一般都是電擊的防護措施，通過對電氣設備外殼接地或與電網零線連接，當出現漏電現象時對人員進行安全保護，保護接零還可以通過短路裝置或熔斷器實現切斷電源，實現對人員的電擊防護。電氣設備外殼主要是等電位聯結指將直流電氣設備外殼與車輛底盤直接連接，使得設備外殼和車身為相同電位，避免人體遭受電擊。電動汽車充電系統中最常用的電氣隔離方法是通過交、直流隔離的充電機實現的[6]。

自動斷路功能能在一些特殊情況下，通過斷路器等裝置將高壓電氣回路切斷，對人員和電氣系統安全起到保護的目的。互鎖監測及保護環路互鎖是對高壓電路的連接可靠程度而提出，主要是從電氣回路連續性完整性的角度而設計，用來監測電氣回路上是否存在斷路的情況。其設計為在高壓回路中并聯一組高壓互鎖回路，電路中串聯著自動斷開裝置，在需要檢測的高壓危險的回路中輸入較小的電流信號，檢測返回電流值，以對電氣回路的連續性進行檢查。如果系統不能接收到返回電流，則安全管理系統判斷出現接觸不良或斷路故障，則互鎖系統會采取一定的措施，如自動斷開裝置啟動、切斷電源等，防止高壓電對人體帶來傷害。在充電系統高壓回路中也設計互鎖回路，確保電動汽車在充電過程中接口和電纜的安全性，同時保證了電動汽車互相連接的安全。

4 結語

面對目前的全球能源和環境的宏觀環境，電動汽車的優勢不言而喻，但是電動汽車必須確保安全的前提下才能讓得到很好的推廣，因此我們必須高度重視安全問題和提高處理安全問題的能力。雖然我們對一些能夠預見性的安全問題，采取了一定的可行性的措施，如高壓絕緣措施和系統監控等，但是汽車在運行過程中還會出現一些常規和特殊的安全問題，除了本文所談到的電動汽車的安全問題外，其他未談到的安全問題還很多，如電池可能對人帶來的化學傷害、充電過程中的安全問題、電動汽車碰撞后的安全問題和維修過程中維修人員的安全問題等，隨著電動汽車行業技術的快速發展，電動汽車安全要求也在不斷提升。