電動汽車安全控制策略研究與應用

王斌剛　陳銀銀

【摘 要】新能源汽車發展已成為國家戰略趨勢，但是在新能源汽車發展過程中也暴露出了很多問題，續航里程短、充電時間長、充電基礎設施配置不到位、高壓安全等，高壓安全問題倍受廣大用戶關注，尤其是當特斯拉、蔚來、比亞迪、江淮等純電動汽車出現幾期自燃事故后，用戶對于純電動汽車的安全問題更加憂慮，本文就電動汽車安全控制策略問題進行分析和闡述，希望對于電動汽車的發展提供一定的理論依據。

【關鍵詞】新能源汽車;高壓安全;安全策略;控制策略;新能源。

引言

新能源汽車發展已成為國家戰略趨勢，但是目前國際、國內已量產的新能源汽車已經出現多起自燃、接觸器爆炸、高壓觸電等多起安全事故，本文所研究的電動汽車安全控制策略將對新能源汽車研發、制造和生產起到一定的指導作用。

一、高壓安全控制策略的目的和意義

1.1、新能源汽車與傳統汽車的最大區別是新能源汽車增加了動力電池、PDU、新能源轎車增加了OBC，驅動電機代替了發動機、DC-DC代替了發電機;

1.2、傳統汽車電器件電壓等級為24V或者12V，而新能源汽車電壓等級提高到180V到500V，客車或者卡車因電量增大，電壓平臺甚至提高到750V左右;

1.3、傳統汽車的發動機ECU更換成整車控制器VCU，增加了電池管理系統BMS，甚至新能源汽車因動力電池系統水冷增加熱管理控制器TMS，隨著整車控制系統的增加，整車控制系統邏輯變得比較復雜;

二、高壓安全控制策略的制定依據

高壓安全控制策略是每個車企和高壓安全系統工程師關注的焦點，也是大家努力的方向，那么如何做好高壓安全控制呢？

首先我們得從高壓安全的理論依據入手，首先根據純電動汽車安全標準要求，并從車載儲能裝置、功能安全、故障保護、人員觸電防護及高壓電安全管理控制策略等方面綜合考慮;制定一套完整的車輛設計手冊、檢驗標準和規范;常見的規范如下：

2.1法規點檢表

法規點檢表是車輛開發的依據，必須弄清楚法規要求，例如：GB 7258、GB/T 18384.1、GB/T 18384.2、GB/T 18384.3、GB/T 18487.1、GB/T 18487.2、GB/T 18487.3等等，將標準中與本車型有關的內容列出來，作為設計的輸入文件，做成點檢表，以方便后續設計點檢驗收。

2.2、車輛安全策劃

純電動車輛安全設計，除了法規符合性點檢外，還需要從車輛本身、制造企業的研發、生產、工藝水平和能力出發，制定適合本企業能夠實現的設計規范、制造規范、質量檢驗規范等標準文件，便于管控整車安全流程;因此車輛安全策劃關系到整車的研發部門、制造部門、質量部門，需要大家共同去完成;

三、整車常見的高壓安全問題

3.1、絕緣電阻故障處理

電動汽車電氣化程度相對傳統汽車要高，其中像電池包、電驅動系統、高壓用電輔助設備、充電機及高壓線束等在汽車發生碰撞、翻轉及汽車運行的惡劣環境（汽車振動、外部環境濕度及溫度）影響下，都有可能導致高壓電路與汽車底盤間的絕緣性能降低，由此可能造成汽車火災的發生，直接影響汽車駕乘人員的生命安全。因此，在電動汽車高壓系統設計時，首先應確保絕緣電阻值大于 500 Ω/V;其次當汽車發生絕緣電阻值低于規定值時，高壓管理系統應及時切斷所有的高壓回路并發出聲光報警，并持續一定時間待原先故障消失后，汽車才能允許進行下一次上電。高壓電路進行絕緣檢測具體實施標準參照國標《電動汽車安全要求第 1 部分：車載儲能裝置》。

3.2、電壓檢測與故障處理

純電動汽車的動力來源是動力電池，動力電池的電壓與其放電能力和放電效率有很大的關系。當動力電池電壓處于低電壓時仍大電流放電，將會損壞高壓用電設備并會嚴重影響電池使用壽命。當檢測到電壓過高或過低時，應及時切斷相關回路。因此為了保障純電動汽車在動力蓄電池低壓時用電器及動力蓄電池和駕乘人員的安全，需要設計電壓檢測電路對高壓電路系統工作電壓進行實時準確的檢測和安全合理的故障處理

四、電動汽車安全設計要求

4.1、高壓電電磁兼容性設計

由于純電動汽車上存在高壓交流系統，具有較強的電磁干擾性，因此高壓線束設計時電源線與信號線盡量采用隔離或分開配線;電源線兩端考慮采用隔離接地，以免接地回路形成共同阻抗耦合將噪聲耦合至信號線;輸入與輸出信號線應避免排在一起造成干擾;輸入與輸出信號線盡量避免在同一個接頭上，如不能避免時應將輸入與輸出信號線錯開放置，高壓線束采用85%以上屏蔽網防護，以便電磁泄露影響其他系統正常工作。

4.2、高壓部件和高壓線束的防護與標識設計

高壓部件的防護主要包括防水、機械防護及高壓警告標識等。尤其是布置在機艙內的部件，如電機及其控制系統、電動空調系統、DC/DC 電壓轉換器、車載充電機等及它們中間的連接接口，都需要達到一定的防水和防護等級。并且高壓部件應具有高壓危險警告標識，以警示用戶與維修人員在保養與維修時注意這些高壓部件。

4.3、預充電回路保護設計

因為高壓設備控制器輸入端存在大量的容性負載，直接接通高壓主回路可能會產生高壓電沖擊，故為避免接通時的高壓電沖擊，高壓系統需采取預充電回路的方式對高壓設備進行預充電。圖 4 示出純電動汽車高壓系統預充電回路原理圖。

由于純電動汽車線束包括低壓線束與高壓線束，為提示和警示用戶和維修人員，高壓線束應采用橙色線纜并用橙色波紋管對其進行防護。同時高壓連接器也應標識為橙色，起到警示作用，并且所選高壓連接器應達到 IP67 防護等級。

五、總結

通過參與大量的電動汽車開發項目設計，本文純電動汽車安全控制策略的設計理論依據、設計要求、設計原則、整車高壓安全常見的故障處理方式等進行分析，并總結提出電動汽車安全控制策略的制定原則，對純電動汽車的安全設計提供了一定的參考依據。

（作者單位：山西省運城市鹽湖區大運汽車股份有限公司）