《新能源汽車認(rèn)知》項目24新能源汽車高壓安全與防護(hù)1新能源汽車高壓電路課件

1、單元一 新能源汽車高壓電路建議課時：2學(xué)時新能源汽車認(rèn)知與應(yīng)用第1頁，共43頁。新能源汽車應(yīng)用 主講：朱明高級工程師、高級技師、國家經(jīng)濟(jì)師 高級國家職業(yè)技能鑒定考評員 高級技能專業(yè)教師單元一 新能源汽車高壓電路第2頁，共43頁。 知足常樂，歷經(jīng):兵農(nóng)醫(yī)工商學(xué)。歷經(jīng)：兵團(tuán)開車，赤腳醫(yī)生、教師、地方修車， 企業(yè)管理：技術(shù)、運營、 物流、安全、保衛(wèi)，職任：客運站長、 公司經(jīng)理， 集團(tuán)技術(shù)總監(jiān)， 總經(jīng)理及法人代表。學(xué)歷：本科、MBA，專業(yè)：汽車維修與使用、企業(yè)管理、經(jīng)濟(jì)管理。職業(yè)資格與職稱：高級工程師、高級技師、國家經(jīng)濟(jì)師、 高級技能專業(yè)教師、高級國家職業(yè)資格考評員。 管理科學(xué)研究院特約講師、 管理顧

2、問有限公司高級講師?？妥谓蹋捍髮W(xué)、 技師學(xué)院、國家職業(yè)資格培訓(xùn)與考評及 企業(yè)內(nèi)部職業(yè)培訓(xùn)。 朱明-百度個人主頁 朱明工作室第3頁，共43頁。教學(xué)目標(biāo)專業(yè)能力1、能夠描述新能源汽車高壓電的類型；2、能夠描述新能源汽車高壓電的標(biāo)識；3、能夠識別新能源汽車高電壓部件的位置；4、能夠描述新能源汽車高壓安全設(shè)計。5、能夠識別新能源汽車的安全隱患。應(yīng)用能力1、養(yǎng)成做事細(xì)心、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)；2、提高合作意識和創(chuàng)新精神；3、養(yǎng)成良好的安全意識、責(zé)任意識、6S管理意識，注重節(jié)約、節(jié)能和環(huán)保。第4頁，共43頁。學(xué)習(xí)目錄1新能源汽車高壓電的類型2新能源汽車高壓電的標(biāo)識3新能源汽車高壓部件的位置4新能源汽車高壓安全設(shè)計

3、新能源汽車的安全隱患5新能源汽車高壓警示標(biāo)識67新能源汽車高壓部件位置的識別第5頁，共43頁。新能源汽車高壓電的類型 1.新能源汽車電壓安全級別在新能源汽車中將車輛電壓按照類型和數(shù)值分為以下2個安全級別： A級是較為安全的電壓等級，在直流中是小于或等于60V的；在規(guī)定的150Hz頻率下，低于25V，該電壓下的維護(hù)人員不需要采取特殊的防電保護(hù)。 B級對人體會產(chǎn)生傷害，被認(rèn)為是高壓。在該電壓下必須采取必要的防護(hù)設(shè)備對維護(hù)人員進(jìn)行保護(hù)。學(xué)習(xí)內(nèi)容電壓安全級別工作電壓（單位：V）DC（直流）50150Hz AC（交流）A0U600U25B60U100025U660第6頁，共43頁。 2.新能源汽車高壓類

4、型 純電動汽車和混合動力汽車，其高電壓系統(tǒng)均同時具有直流高壓和交流高壓。學(xué)習(xí)內(nèi)容高電壓車輛的主要高壓類型新能源汽車高壓電的類型第7頁，共43頁。 為防止意外觸及高壓系統(tǒng)，新能源汽車對高壓部件均采用特殊的標(biāo)識或顏色，對維修人員或車主給予警示。新能源汽車通常采用兩種形式進(jìn)行高電壓的標(biāo)識警示，這包括高壓警示標(biāo)識和導(dǎo)線顏色。 1.高壓警示標(biāo)識 學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車高壓電的標(biāo)識 每個新能源汽車的高電壓組件殼體上都帶有一個標(biāo)記，售后服務(wù)人員或每位車主均可通過標(biāo)記直觀看出高電壓可能帶來的危險，所用警示牌基于國際標(biāo)準(zhǔn)危險電壓警告標(biāo)志。高壓警示標(biāo)識第8頁，共43頁。 2.高壓警示顏色 由于高壓導(dǎo)線可能有幾米長，因

5、此在一處或兩處通過警示牌標(biāo)記意義不大。售后服務(wù)人員可能會忽視這些標(biāo)牌。因此用橙色警示色標(biāo)記出所有高電壓導(dǎo)線，高電壓導(dǎo)線的某些插頭以及高電壓安全插頭也采用橙色設(shè)計。學(xué)習(xí)內(nèi)容高壓橙色導(dǎo)線及連接器新能源汽車高壓電的標(biāo)識第9頁，共43頁。 1.高電壓部件安裝位置的特點 （1）主要集中在整體式車身的外部 除了少數(shù)的混合動力汽車動力電池安裝在車輛后部位置外，大多數(shù)車輛動力電池、逆變器等都布置在乘客艙外部，而且高壓導(dǎo)線也是沿著底盤外布置的。學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車高壓部件的位置北汽新能源純電動汽車位于底盤的橙色高壓導(dǎo)線第10頁，共43頁。 （2）高壓部件具有明顯的橙色標(biāo)識 高壓部件都具有明顯的橙色標(biāo)識，或者部件的

6、醒目位置粘貼有高壓標(biāo)識。學(xué)習(xí)內(nèi)容北汽新能源純電動汽車高壓電纜采用橙色絕緣層新能源汽車高壓部件的位置第11頁，共43頁。 2.高電壓部件的高電壓位置 高電壓車輛的高電壓部件主要集中在驅(qū)動系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、充電系統(tǒng)以及空調(diào)與加熱系統(tǒng)幾個位置。此外，用于連接高壓部件之間的導(dǎo)線也屬于高電壓部件。 新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)在驅(qū)動車輛時，其主要的高壓部件有動力電池、逆變器和電機(jī)。學(xué)習(xí)內(nèi)容高壓部件在車輛上的位置新能源汽車高壓部件的位置第12頁，共43頁。 以下介紹主要高電壓部件的高電壓位置。 （1）動力電池 動力電池上所有的部件，這包括維修開關(guān)、連接導(dǎo)線均具有高電壓。學(xué)習(xí)內(nèi)容動力電池高電壓位置新能源汽車高壓部件的位

7、置第13頁，共43頁。 （2）逆變器 在逆變器內(nèi)部具有的逆變轉(zhuǎn)換包括有直流變直流、交流變直流、以及直流變交流。學(xué)習(xí)內(nèi)容 逆變器高電壓位置新能源汽車高壓部件的位置第14頁，共43頁。 （3）電機(jī) 當(dāng)電機(jī)運行時，位于電機(jī)的高壓電纜、插頭，以及電機(jī)定子繞組上均會存在交流高電壓。學(xué)習(xí)內(nèi)容 驅(qū)動電機(jī)高電壓位置新能源汽車高壓部件的位置第15頁，共43頁。 （4）充電樁與充電接口 正在充電的新能源汽車，充電樁和充電接口上具有高電壓。需要注意的是，出于對車主的安全考慮，當(dāng)前的充電樁和充電接口，在車輛未充電時，系統(tǒng)內(nèi)部都會自動斷開電路循環(huán)，也就是說未正式充電前，充電樁和接口是安全的。學(xué)習(xí)內(nèi)容充電樁與充電接口高電

8、壓位置新能源汽車高壓部件的位置第16頁，共43頁。 （5）高壓壓縮機(jī) 空調(diào)與加熱系統(tǒng)的高壓位置包括有高壓電驅(qū)動的壓縮機(jī)，高壓的PTC加熱器。 高壓壓縮機(jī)在運行時，位于壓縮機(jī)上的高壓電纜接口、高壓連接電纜以及壓縮機(jī)本身均具有高電壓。學(xué)習(xí)內(nèi)容高壓壓縮機(jī)高電壓位置新能源汽車高壓部件的位置第17頁，共43頁。 新能源汽車相比于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，由于驅(qū)動系統(tǒng)存在高電壓，其安全系統(tǒng)設(shè)計更為復(fù)雜。 1.新能源汽車高電壓存在時間 新能源汽車的高電壓系統(tǒng)集中在車輛的驅(qū)動系統(tǒng)、空調(diào)與暖風(fēng)系統(tǒng)，12V電源系統(tǒng)以及帶有插電功能的充電系統(tǒng)。根據(jù)高電壓存在的時間進(jìn)行分類，新能源汽車高電壓系統(tǒng)的高電壓主要有以下三種存在形式：

9、學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車高壓安全設(shè)計高電壓系統(tǒng)持續(xù)存在動力電池運行期間存在逆變器高壓導(dǎo)線DC-DC轉(zhuǎn)換器高壓壓縮機(jī)PTC加熱器充電期間存在車載充電器第18頁，共43頁。1.新能源汽車高電壓存在時間（1）持續(xù)存在新能源汽車的動力電池持續(xù)存在高電壓，即使在車輛停止運行期間，由于動力電池始終存儲有電能，因此當(dāng)滿足動力電池的放電條件后，該部件將繼續(xù)對外放電。學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車高壓安全設(shè)計純電動汽車動力電池第19頁，共43頁。（2）運行期間存在運行期間存在高壓的部件，是指當(dāng)點火開關(guān)處于ON、RUN或其他運行狀態(tài)時，部件存在高電壓。逆變器、高壓壓縮機(jī)、PTC加熱器及DC/DC變換器部件只有在系統(tǒng)運行時，來自動力

10、電池的高電壓才會加載到這些部件上。學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車高壓安全設(shè)計第20頁，共43頁。運行期間存在高電壓的系統(tǒng)或部件有以下兩種類型：1）只要點火開關(guān)處于ON或RUN狀態(tài)下就會存在高電壓，這類部件包括逆變器、DC/DC變換器和連接的高壓導(dǎo)線。2）雖然點火開關(guān)處于ON位置,但是由于該系統(tǒng)所執(zhí)行的功能沒有被接通，此時相關(guān)的部件仍然不會接通有高電壓。學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車高壓安全設(shè)計高壓壓縮機(jī)和PTC加熱器第21頁，共43頁。（3）充電期間存在充電系統(tǒng)部件僅在車輛充電期間存在高電壓，這包括來自外部電網(wǎng)的220V交流高壓，以及車載充電器與動力電池之間的直流高壓。學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車高壓安全設(shè)計充電期間具有高電壓

11、的部件第22頁，共43頁。 2.高電壓的接通與關(guān)閉 在新能源汽車中，除動力電池外，其它部件都是由整車控制單元或混合動力控制單元通過接觸器控制高電壓的接通與關(guān)閉的，這類型與家庭用的設(shè)備供電一樣。動力電池類型與家里的外部來自電網(wǎng)的供電，無論家里的總閘是否打開與關(guān)閉，其總是有電的； 而接觸器所起的作用就是家里總電源的總閘，不同的是家里的總閘是人來控制的，新能源汽車的接觸器是由電腦來控制。 學(xué)習(xí)內(nèi)容家用電網(wǎng)供電配電箱與總閘新能源汽車高壓安全設(shè)計第23頁，共43頁。 接觸器即為一個大功率的繼電器，它用于控制高壓導(dǎo)線正負(fù)極導(dǎo)線之間的接通與斷開。接觸器通常被布置在動力電池組總成內(nèi)部或者是獨立在一個BDU（配

12、電箱）中。 在豐田普銳斯動力電池總成端部布置有多個接觸器，其內(nèi)部接觸器如果斷開，整車僅動力電池上會存在高電壓，位于接觸器下游的高電壓系統(tǒng)部件將沒有高電壓。普銳斯內(nèi)部接觸器學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車高壓安全設(shè)計第24頁，共43頁。 當(dāng)控制單元通過接觸器切斷位于動力電池與高壓系統(tǒng)用電部件的連接后，整車除動力電池外，其它高壓用電設(shè)備上就不再有高電壓，也是安全的。學(xué)習(xí)內(nèi)容接觸器連接形式新能源汽車高壓安全設(shè)計第25頁，共43頁。 當(dāng)前，無論是純電動汽車還是混合動力汽車，控制單元控制接觸器的接通與關(guān)閉的條件與原理是： （1）接觸器接通條件 1）點火開關(guān)ON。 2）高電壓系統(tǒng)自檢沒有存在漏電等故障。學(xué)習(xí)內(nèi)容普銳斯內(nèi)

13、部接觸器新能源汽車高壓安全設(shè)計第26頁，共43頁。 （2）接觸器斷開條件 1）點火開關(guān)OFF。 2）高電壓系統(tǒng)檢測到存在安全事件的發(fā)生。 3）系統(tǒng)自檢到存在安全事件，主要是系統(tǒng)根據(jù)自身設(shè)定的檢驗程序，在 以下情況下，會因異常情況自動切斷高壓，避免人員觸電。 4）高壓系統(tǒng)自檢到部件的互鎖開關(guān)斷開。 5）高壓系統(tǒng)自檢到部件或高壓電纜存在對車輛絕緣電阻過低。 6）車輛發(fā)生過碰撞，且安全氣囊已彈出。學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車高壓安全設(shè)計第27頁，共43頁。 新能源汽車安全隱患包括有高壓觸電、動力電池泄漏與燃燒，以及車輛特殊情況下可能存在的其他風(fēng)險等。 1.高壓觸電安全 無論是純電動汽車，還是高電壓的混合動力汽

14、車，其電壓和電流等級都比較高。動力電池的電壓一般在300-600V。正常工作時，電流可達(dá)幾百安培。這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人體能承受的極限。學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車的安全隱患新能源汽車存在高壓電氣系統(tǒng)部件第28頁，共43頁。 2.動力電池安全 新能源汽車的關(guān)鍵部分是動力電池，對于動力電池安全性的研究是分析高壓電類型新能源汽車安全性的前提。 （1）過充電與過放電 如果電池的散熱較差，或者由于高倍率充電導(dǎo)致電池溫度很高而引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，往往導(dǎo)致安全隱患。 過充電導(dǎo)致的溫度過高著火學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車的安全隱患第29頁，共43頁。 （2）過電流 鋰電池過電流主要有以下幾種情況： 1）低溫環(huán)境下充放電。 2）電池老化、電

15、池的性能下降后，仍按照原來電流充電容易導(dǎo)致產(chǎn)生的相對電流過大。 3）電池并聯(lián)成組。在充電過程中，由于電池一致性的差異，單體電池的內(nèi)阻各不相同，分配到各單體電池的充電電流不同，可能會導(dǎo)致分配到某些單體電池電流遠(yuǎn)大于充電電流。學(xué)習(xí)內(nèi)容多個電池并聯(lián)充電電流不一致導(dǎo)致的過熱損壞新能源汽車的安全隱患第30頁，共43頁。 （3）電池過溫 以下幾種情況也會引起電池過溫。 （1）電池的熱管理系統(tǒng)失效。 （2）電池溫度采樣點有限。 （3）工作環(huán)境溫度高。 （4）電池溫度升高會引發(fā)的隱患包括有電池本身性能的逐步下降，進(jìn)一步加劇了電池內(nèi)部的短路。純電動汽車(比亞迪E6)發(fā)動機(jī)艙特征學(xué)習(xí)內(nèi)容典型動力電池內(nèi)電池溫度檢測

16、系統(tǒng)新能源汽車的安全隱患第31頁，共43頁。 3.危險運行工況下的安全新能源汽車由于存在高電壓，因此在行駛中發(fā)生事故時，如果沒有很好的安全設(shè)計，很容易發(fā)生安全隱患。這些安全隱患包括有： （1）高壓系統(tǒng)短路 （2）發(fā)生碰撞或翻車 （3）涉水或遭遇暴雨 （4）充電時車輛的意外移動學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車的安全隱患第32頁，共43頁。 3.新能源汽車高壓設(shè)計要求在新能源汽車中，低壓通常指的就是12V電源系統(tǒng)的電氣線路，而高壓主要指的是動力電池及相關(guān)線路的電壓。新能源汽車的高壓具有如下特點： （1）高壓的電壓一般設(shè)計都在200V以上。學(xué)習(xí)內(nèi)容 特斯拉MODULE S 動力電池總電壓400V新能源汽車的安全隱

17、患第33頁，共43頁。 （2）高壓存在的形式既有直流，也有交流。 （3）高壓對絕緣材料的要求更高。 （4）高壓對正負(fù)極距離的要求。當(dāng)電壓高到200V以上時，正負(fù)極之間會有一個很大的距離時就會發(fā)生擊穿空氣而導(dǎo)電，也就是我們常說的電弧。學(xué)習(xí)內(nèi)容高壓下產(chǎn)生的電弧新能源汽車的安全隱患第34頁，共43頁。 4.新能源汽車的安全設(shè)計內(nèi)容 新能源汽車存在的安全風(fēng)險包括: 高壓系統(tǒng)短路、高壓系統(tǒng)絕緣故障、高壓系統(tǒng)脫落、高壓充電風(fēng)險等。根據(jù)這些安全隱患以及實際的工作狀況，對新能源汽車主要從以下方面進(jìn)行設(shè)計。學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車安全設(shè)計新能源汽車的安全隱患第35頁，共43頁。 （2）碰撞安全 1）碰撞過程中避免乘員

18、和行人遭受觸電風(fēng)險，在保證人員安全的情況下盡量保護(hù)關(guān)鍵零部件不受損害。 2）碰撞后保證維護(hù)和救援人員沒有觸電風(fēng)險。有些車輛設(shè)計的電路: 將慣性開關(guān)串聯(lián)到高壓接觸器的供電回路中，當(dāng)發(fā)生碰撞時慣性開關(guān)斷開，從而切斷高壓接觸器的供電電源，保證了乘員、行人、維護(hù)和救援人員的高壓安全。學(xué)習(xí)內(nèi)容慣性開關(guān)在電路圖中的位置新能源汽車的安全隱患第36頁，共43頁。 （3）電氣安全 新能源汽車的電氣安全主要包括以下方面: 1）防止人員接觸到高壓電。 2）電池能量的合理分配。 3）充電時的高壓安全。 4）行駛過程中的高壓安全。 5）碰撞時的電氣安全。 6）維修時的電氣安全等。學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車的安全隱患第37頁，共

19、43頁。為保證新能源汽車的電氣安全，有些車輛會設(shè)計有以下安全裝置：1）高壓零部件的接插件既可防止人員直接接觸到高壓，還可防水、防塵，減小高壓系統(tǒng)絕緣出現(xiàn)問題的風(fēng)險。學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車的安全隱患高壓插頭的安全設(shè)計方式第38頁，共43頁。2）動力電池與外部高壓回路之間設(shè)計有高壓接觸器，以保證在駕駛?cè)藷o行駛意圖或充電意圖時，車輛除電池內(nèi)部之外的高壓系統(tǒng)是不帶高壓電的。只有當(dāng)駕駛?cè)藢④囕v鑰匙打到“Start”檔或?qū)恿﹄姵剡M(jìn)行充電時，接觸器才可能會閉合。學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車的安全隱患高壓接觸器設(shè)計方式第39頁，共43頁。3）高壓系統(tǒng)中設(shè)計預(yù)充電回路。在動力電池輸出高壓電之前，先通過預(yù)充電回路對電池外部的高壓系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)充電