新能源汽車用電器低感直流測(cè)試技術(shù)應(yīng)用研究

中圖分類號(hào)：U463.67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-8639（2025）10-0076-03

【Abstract】The traditional DC testing system，due to its high inductance and large time constant，cannot meet the low-inductance DC testingrequirements of electricalappliances used innew energy vehicles.Thecircuit characteristics of new energy vehiclesare significantlydifferent from those oftraditional power transmisionanddistribution systems， making low-inductance DC testing technology akey focus of industrial research.This technology can break through traditional botlenecks，conductprecisetestsunderhighvoltageandlarge current，andalsodetect problemsinadvance through full-scenario simulation toensureproduct quality.Thisarticlewillanalyze thecharacteristicsof electrical appliances used innew energyvehicles，explore thetechnical principlesof this technology，analyze thesoftwareand hardwareofthetesting system，verifythefeasibilitythrough case studies，andlook forward tothedirectionof technological and industrial collaboration to provide support for the industry.

【Key words】new energy vehicles；electrical appliances；low-sensitivity DC test technology；application

1新能源汽車用電器低感直流測(cè)試技術(shù)

1.1 新能源汽車用電器特點(diǎn)

新能源汽車用電器包含多種關(guān)鍵部件，在汽車電路中發(fā)揮核心作用[1]。

1）熔斷器。作為電路安全保護(hù)裝置，依托電流熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)功能，其內(nèi)部熔絲采用鉛錫合金、鋅合金等低熔點(diǎn)金屬制成。當(dāng)電路電流超出額定值時(shí)，熔絲因過熱熔斷，切斷電路以避免過電流損壞設(shè)備。在新能源汽車中，熔斷器主要保護(hù)電池、電機(jī)及電子設(shè)備，若電池輸出電流異常增大，熔斷器可快速熔斷，防止電池與其他設(shè)備燒毀，保障電路穩(wěn)定運(yùn)行。

2）高壓直流繼電器。相當(dāng)于電路智能開關(guān)，通過電磁力控制觸點(diǎn)通斷。在新能源汽車中，常用于控制電池與電機(jī)間高壓電路的接通或斷開——車輛啟動(dòng)時(shí)閉合以向電機(jī)供電，停車或故障時(shí)斷開以保障駕乘人員與財(cái)產(chǎn)安全，其可靠性與穩(wěn)定性直接關(guān)聯(lián)關(guān)鍵操作的安全性。

3）斷路器。具備多功能電路保護(hù)能力，基于電磁原理工作。當(dāng)電流超過設(shè)定閾值時(shí)，內(nèi)部電磁鐵吸引金屬片使觸點(diǎn)分離，實(shí)現(xiàn)電路切斷，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)過流、過載與短路保護(hù)，且支持手動(dòng)復(fù)位、反復(fù)使用，無需更換部件。在新能源汽車中，斷路器多用于保護(hù)逆變器、充電器等高壓部件，故障排除后可便捷復(fù)位以恢復(fù)電路[2]。

1.2 低感直流測(cè)試技術(shù)原理

1.2.1 超級(jí)電容模組

超級(jí)電容模組是低感直流測(cè)試的核心部件，為測(cè)試提供穩(wěn)定直流電源，由多個(gè)超級(jí)電容器通過串聯(lián)或并聯(lián)方式組成。超級(jí)電容器包含電極、電解質(zhì)、集流體、隔離膜等結(jié)構(gòu)。

1）電極：多采用活性炭粉末材料，利用其大比表面積提升電容性能。2）電解質(zhì)：涵蓋有機(jī)、無機(jī)、液態(tài)、固態(tài)等類型，主要作用是傳導(dǎo)離子。3）集流體：選用泡沫鎳、鋁箔等導(dǎo)電性能優(yōu)異的金屬或石墨材料，負(fù)責(zé)收集與傳導(dǎo)電流。4）隔離膜：核心功能是防止電極短路[3]。

超級(jí)電容結(jié)合雙電層電容與法拉第準(zhǔn)電容工作原理：施加電壓時(shí)，電解液離子向電極遷移形成雙電層以存儲(chǔ)電荷；法拉第準(zhǔn)電容則通過電極表面及近表面的化學(xué)吸脫附與氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電容。超級(jí)電容模組的等效串聯(lián)電感（ESL）通?？傻椭?10nH 以下，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)直流電源，能滿足低感測(cè)試對(duì)電源電感的嚴(yán)苛要求，且具備功率密度高、充電時(shí)間短、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，在低感直流測(cè)試中，可通過調(diào)整串并聯(lián)方式靈活改變輸出電壓與電流，滿足不同測(cè)試需求，是測(cè)試系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。

1）光纖電流傳感器：以光纖為介質(zhì)，基于法拉第效應(yīng)檢測(cè)電流。線偏振光在介質(zhì)中傳播時(shí)，若沿光傳播方向施加磁場(chǎng)，光振動(dòng)方向會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且偏轉(zhuǎn)角度與磁感應(yīng)強(qiáng)度、光穿越介質(zhì)長(zhǎng)度的乘積成正比，通過檢測(cè)光偏振面偏轉(zhuǎn)角度可間接獲取電流數(shù)據(jù)。該傳感器絕緣性優(yōu)異、抗電磁干擾能力強(qiáng)，可在復(fù)雜環(huán)境中精準(zhǔn)檢測(cè)電流。

2）強(qiáng)抗干擾電壓傳感器：通過特殊設(shè)計(jì)與材料選型，結(jié)合屏蔽、濾波等技術(shù)降低外界干擾，實(shí)現(xiàn)電壓精準(zhǔn)檢測(cè)。

1.2.2 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）串聯(lián)開關(guān)

絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）串聯(lián)開關(guān)是高電壓試驗(yàn)條件下控制電路通斷的核心部件，兼具金屬一氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）的輸入特性與雙極性晶體管的輸出特性，具備高速開關(guān)能力及高電壓、大電流承載能力。

在低感直流測(cè)試系統(tǒng)中，需通過多個(gè)IGBT串聯(lián)以滿足高電壓需求，但受IGBT特性離散性與管間差異影響，易出現(xiàn)串聯(lián)時(shí)電壓分配不均的問題。針對(duì)該問題，可采用以下解決措施：采用動(dòng)態(tài)電壓均衡技術(shù)，通過外部電路或器件調(diào)整電壓分配；采用靜態(tài)電壓均衡技術(shù)，在IGBT集電極－發(fā)射極兩端并聯(lián)“均壓電阻 + 均壓電容”的組合電路，電容抑制電壓突變，電阻實(shí)現(xiàn)靜態(tài)分壓，避免單一元件的缺陷；篩選特性相近的IGBT進(jìn)行串聯(lián)；采用專用驅(qū)動(dòng)電路提供獨(dú)立驅(qū)動(dòng)信號(hào)[4]。

1.2.3 充放電回路

充放電回路是低感直流測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分，由整流濾波電路、隔離開關(guān)、直流繼電器、電阻等元件協(xié)同構(gòu)成，直接影響測(cè)試過程。各元件功能如下。

1）整流濾波電路：由整流二極管、電容、電感組成，可將交流電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定直流電源，并濾除雜波與紋波。

2）隔離開關(guān)：主要發(fā)揮隔離與保護(hù)作用，測(cè)試前或檢修時(shí)可隔離電路，故障時(shí)能快速切斷電路。

3）直流繼電器：控制充放電回路通斷——充電時(shí)閉合，使電源為儲(chǔ)能元件充電；放電時(shí)切換位置，讓儲(chǔ)能元件向測(cè)試對(duì)象放電。

4）電阻：可作為限流電阻使用，也能調(diào)整充放電時(shí)間常數(shù)，精準(zhǔn)控制充放電電流變化率，模擬用電器實(shí)際工作狀態(tài)。

1.2.4 電壓電流檢測(cè)電路

電壓電流檢測(cè)電路是低感直流測(cè)試技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要包含光纖電流傳感器與強(qiáng)抗干擾電壓傳感器[5]。

可調(diào)負(fù)載（無感電阻）在低感直流測(cè)試技術(shù)中作用關(guān)鍵，采用雙線并繞工藝（兩線電流方向相反，磁場(chǎng)相互抵消）減小自身電感，其電感量需控制在1μH 以下，使負(fù)載特性更接近實(shí)際工況，且可通過不同繞制方式與串并聯(lián)組合滿足多樣測(cè)試負(fù)載需求：串聯(lián)可增大負(fù)載電阻，并聯(lián)可減小負(fù)載電阻。

1.2.5 可調(diào)負(fù)載

在測(cè)試過程中，可調(diào)負(fù)載能模擬新能源汽車用電器不同工作狀態(tài)下的負(fù)載情況：測(cè)試高壓直流繼電器時(shí)，可通過調(diào)節(jié)負(fù)載電阻模擬不同負(fù)載電流，檢測(cè)繼電器性能；測(cè)試熔斷器時(shí)，可設(shè)定適配負(fù)載電流以驗(yàn)證其保護(hù)功能。

1.3 測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成與工作流程

1.3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

低感直流測(cè)試由試驗(yàn)電路、主控模塊、同步驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、異常報(bào)警模塊等組成，各模塊協(xié)同工作。

1）試驗(yàn)電路：系統(tǒng)核心部分，集成超級(jí)電容模組等元件，負(fù)責(zé)提供直流電源、控制電路通斷、檢測(cè)信號(hào)及模擬負(fù)載，直接對(duì)用電器進(jìn)行測(cè)試。

2）主控模塊：相當(dāng)于系統(tǒng)的“大腦”，由高性能微處理器或工控機(jī)構(gòu)成，可接收測(cè)試指令、生成控制信號(hào)、協(xié)調(diào)各模塊工作、分析處理數(shù)據(jù)、判定測(cè)試結(jié)果、監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)并處理異常。

3）同步驅(qū)動(dòng)模塊：主要功能是驅(qū)動(dòng)IGBT串聯(lián)開關(guān)，提供獨(dú)立驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)具備過壓、過流保護(hù)功能。

4）數(shù)據(jù)采集模塊：通過傳感器與數(shù)據(jù)采集卡采集電壓、電流等測(cè)試數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至主控模塊，具備高速、高精度數(shù)據(jù)采集特性。

5）異常報(bào)警模塊：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，檢測(cè)到異常時(shí)觸發(fā)警報(bào)并記錄異常信息，為系統(tǒng)維護(hù)與優(yōu)化提供參考。

1.3.2 工作流程

以浙江方圓電氣設(shè)備檢測(cè)有限公司專利技術(shù)為例，低感直流測(cè)試系統(tǒng)工作流程如下。

1）超級(jí)電容模組配置。根據(jù)測(cè)試需求確定超級(jí)電容器串并聯(lián)數(shù)量，精準(zhǔn)計(jì)算輸出電壓、電流及電容數(shù)值。例如，測(cè)試高壓直流繼電器高電壓特性時(shí)，需將多個(gè)超級(jí)電容器串聯(lián)。2）充電操作。閉合隔離開關(guān)與直流繼電器，整流濾波電路將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，為超級(jí)電容模組充電，電壓電流檢測(cè)電路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電狀態(tài)，充電至指定電壓值時(shí)停止。3）測(cè)試準(zhǔn)備。根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目選擇適配測(cè)試線路，如進(jìn)行熔斷器分?jǐn)嗄芰y(cè)試時(shí)，接入熔斷器并調(diào)節(jié)可調(diào)負(fù)載。4）測(cè)試執(zhí)行。主控模塊發(fā)出測(cè)試指令，同步驅(qū)動(dòng)模塊控制IGBT串聯(lián)開關(guān)閉合，超級(jí)電容模組向測(cè)試對(duì)象放電，電壓電流檢測(cè)電路持續(xù)采集測(cè)試數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)采集模塊傳輸至主控模塊。5）數(shù)據(jù)處理與異常應(yīng)對(duì)。主控模塊實(shí)時(shí)分析測(cè)試數(shù)據(jù)，若參數(shù)超標(biāo)立即停止測(cè)試并觸發(fā)報(bào)警，操作人員全程監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)。6）測(cè)試記錄與問題排查。每次測(cè)試結(jié)束后記錄并分析數(shù)據(jù)，例如熔斷器分?jǐn)嗄芰y(cè)試中，若熔斷器未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)分?jǐn)嚯娏髑译娏鞒掷m(xù)超標(biāo)，主控模塊停止測(cè)試并報(bào)警，操作人員需先排查熔斷器本身故障（如熔絲未熔斷、接觸不良），再檢查測(cè)試系統(tǒng)回路（如負(fù)載參數(shù)、傳感器狀態(tài)），排除問題后進(jìn)行下一次測(cè)試。

2 應(yīng)用案例分析

某新能源汽車制造企業(yè)在高壓直流繼電器生產(chǎn)初期，運(yùn)用傳統(tǒng)直流測(cè)試系統(tǒng)對(duì)5000個(gè)繼電器進(jìn)行抽檢，由于系統(tǒng)存在電感大、時(shí)間常數(shù)長(zhǎng)的問題，3個(gè)月內(nèi)測(cè)試結(jié)果中有 30% 不準(zhǔn)確。這一狀況致使已售出的2000輛汽車中，50輛出現(xiàn)電路故障，20輛無法正常行駛，企業(yè)遭受嚴(yán)重?fù)p失。而引入低感直流測(cè)試技術(shù)后，全新測(cè)試系統(tǒng)展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)：超級(jí)電容模組可提供 1000V/1000A 的穩(wěn)定電源；IGBT串聯(lián)開關(guān)實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)通斷控制；通過優(yōu)化充放電回路精準(zhǔn)模擬實(shí)際工況；可調(diào)負(fù)載適配不同工作狀態(tài)；高精度傳感器讓數(shù)據(jù)采集精度達(dá)到 0.1% 。經(jīng)過3000組樣本測(cè)試，該技術(shù)使繼電器測(cè)試準(zhǔn)確率提升至98% 以上，且在實(shí)際應(yīng)用中未再因測(cè)試問題引發(fā)故障，充分驗(yàn)證了其有效性。

3 未來發(fā)展趨勢(shì)

3.1 技術(shù)創(chuàng)新方向

3.1.1 智能化測(cè)試

依托人工智能與大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)，構(gòu)建智能化測(cè)試體系，實(shí)現(xiàn)測(cè)試流程的全自動(dòng)化管控。借助智能控制算法，對(duì)實(shí)時(shí)采集的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行深度解析，精準(zhǔn)判斷新能源汽車用電器性能狀態(tài)，提前識(shí)別潛在故障風(fēng)險(xiǎn)，大幅提升測(cè)試效率與數(shù)據(jù)精度。運(yùn)用深度學(xué)習(xí)算法搭建性能預(yù)測(cè)模型，科學(xué)預(yù)估用電器剩余使用壽命與故障發(fā)生概率，為車輛全生命周期的維修保養(yǎng)提供量化決策依據(jù)。

3.1.2 多參數(shù)同步測(cè)試

突破傳統(tǒng)單次單參數(shù)測(cè)試局限，采用多性能參數(shù)同步測(cè)試技術(shù)，實(shí)現(xiàn)新能源汽車用電器性能全面評(píng)估。傳統(tǒng)方法無法模擬復(fù)雜工況，而同步測(cè)試可一次性采集電壓、電流等數(shù)據(jù)，真實(shí)還原用電器工作狀態(tài)。以高壓直流繼電器測(cè)試為例，多參數(shù)同步采集能精準(zhǔn)評(píng)估性能，為產(chǎn)品優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。

3.2 新能源汽車產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展

低感直流測(cè)試技術(shù)與新能源汽車設(shè)計(jì)、制造及品質(zhì)控制環(huán)節(jié)深度融合，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，測(cè)試技術(shù)提供數(shù)據(jù)支撐與技術(shù)指導(dǎo)，分析不同設(shè)計(jì)方案的性能差異，輔助設(shè)計(jì)師優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)；在制造環(huán)節(jié)，通過在線測(cè)試設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)品品質(zhì)狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題，保障產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定；在品質(zhì)控制環(huán)節(jié)，通過嚴(yán)格測(cè)試確保僅合格產(chǎn)品投入市場(chǎng)，提高新能源汽車安全性與可靠性。

4總結(jié)

本研究深入分析新能源汽車用電器低感直流測(cè)試技術(shù)，全面闡述其原理、系統(tǒng)構(gòu)成及應(yīng)用案例，為新能源汽車產(chǎn)業(yè)提供重要技術(shù)支撐。展望未來，隨著技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，新能源汽車用電器低感直流測(cè)試技術(shù)有望在智能化測(cè)試、多參數(shù)同步測(cè)試等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。

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（編輯 凌波）