任務(wù)3 新能源汽車安全設(shè)計 課件講解

任務(wù)3新能源汽車安全設(shè)計項目三高壓電基礎(chǔ)理論建議課時：1課時現(xiàn)在有一輛電動汽車發(fā)生了事故，你被指派過去現(xiàn)場處理事故車輛的清理工作，你能正確區(qū)別哪些地方是安全的，哪些車輛部件或系統(tǒng)依然會存在高電壓嗎？1.能夠描述新能源汽車的主要安全隱患；2.能夠描述新能源汽車的安全設(shè)計方案及特點。1.能夠正確分析新能源汽車的安全設(shè)計特點，并靈活運用。新能源汽車的安全隱患工作準(zhǔn)備實施步驟新能源汽車安全要求的國家標(biāo)準(zhǔn)新能源汽車的安全設(shè)計1.新能源汽車的安全隱患新能源汽車安全隱患包括有高壓觸電、動力蓄電池泄漏與燃燒，以及車輛特殊情況下可能存在的其他風(fēng)險等。新能源汽車主要高壓電氣系統(tǒng)部件（1）高壓安全無論是純電動汽車，還是高電壓的混合動力汽車，其電壓和電流等級都比較高。動力蓄電池的電壓一般在300~600V。正常工作時，電流可達幾百安培。人體觸電的主要形式（2）動力蓄電池安全新能源汽車的關(guān)鍵部分是動力蓄電池，對于動力蓄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。近年來，鋰離子電池在純電動汽車和混合動力汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。所以以鋰離子電池為例，來介紹動力蓄電池的安全性。新能源汽車動力蓄電池與安裝位置1）過充電與過放電在給車輛進行充電時，特別是在電池充電末期，電池內(nèi)部離子的濃度增加，擴散性能下降，濃差極化增加，電池接受能力下降，電池再充電就會出現(xiàn)過充電。過充電導(dǎo)致的溫度過高著火2）過電流鋰電池過電流主要有以下幾種情況：a.低溫環(huán)境下充放電。在低溫環(huán)境下，由于電池的導(dǎo)電性和擴散性下降，特別是電池負極的鋰離子活動能力下降，電池可接受電流的能力下降，容易導(dǎo)致電池出現(xiàn)過電流。b.電池老化、電池的性能下降（包括容量降低、內(nèi)阻增加、倍率特性下降等）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。c.電池并聯(lián)成組。3）電池過溫上述提到的過充、過放、過電流會導(dǎo)致電池過溫，以下幾種情況也會引起電池過溫：a.電池的熱管理系統(tǒng)失效。表現(xiàn)為動力蓄電池組總成內(nèi)電池溫度傳感器損壞，或者是檢測控制電路失效或散熱風(fēng)扇損壞。系統(tǒng)監(jiān)測電池溫度b.電池溫度采樣點有限。車輛上電池數(shù)量眾多，很難對每個單體電池都實現(xiàn)溫度檢測。c.溫度采樣點受限制。由于電池本身結(jié)構(gòu)的原因，新能源汽車的電池管理模塊對電池的溫度采樣點一般都在電池正負極接線柱上，或者通過貼片采集電池外殼的溫度，不能反映實際的電池內(nèi)部溫度。d.工作環(huán)境溫度高。如果電池靠近驅(qū)動電機或空氣壓縮機等發(fā)熱部件，會導(dǎo)致電池過溫。e.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，進一步加劇了電池內(nèi)部的短路。此外由于電池本身溫度過高，會導(dǎo)致電池產(chǎn)生熱溫度變形，從而產(chǎn)生泄漏等事故的發(fā)生。（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)短路當(dāng)動力系統(tǒng)的高壓線短路時，將會導(dǎo)致動力蓄電池瞬間大電流放電，此時動力蓄電池和高壓線束的溫度迅速升高，將會導(dǎo)致動力蓄電池和高壓線束的燃燒，嚴(yán)重時還可能會引起電池爆炸。2.新能源汽車的安全設(shè)計從上面的敘述可以看出，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。新能源汽車安全設(shè)計新能源汽車維修安全碰撞安全電氣安全功能安全（1）維修安全維修安全主要包含兩方面:傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的維修安全和針對新能源汽車的特殊維修安全。新能源汽車的維修安全主要是防止高壓觸電。奧迪混合動力汽車上的維修開關(guān)（2）碰撞安全當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時，車輛的安全系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足以下要求:碰撞過程中以及碰撞后都要保證相關(guān)人員的人身安全。慣性開關(guān)在電路圖中的位置（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。（4）功能安全此外，對于電動類型的新能源汽車，還需要從以下2個功能方面采取安全設(shè)計，避免安全隱患的發(fā)生。1）扭矩安全管理為防止車輛出現(xiàn)不期望的運動，需要在整車控制器中加入扭矩安全控制策略。具體扭矩安全策略如下:a.整車控制器負責(zé)計算整車的扭矩需求，計算的扭矩需求的差值大于某個標(biāo)定值，則認為扭矩輸出存在安全風(fēng)險，此時整車控制器會將車速限制在安全范圍內(nèi)。b.若整車控制器的需求扭矩與電機的實際扭矩的差值大于某個標(biāo)定值，則認為電機的扭矩控制存在風(fēng)險，此時整車控制器將會限制電機的扭矩輸出，若兩者差值一直過大，則切斷動力蓄電池的動力輸出。2）充電安全在充電時需要防止車輛移動以及避免快充、慢充、行駛模式之間的沖突，為此進行如下設(shè)計:a.只有檔位放在P檔時才允許充電。b.在充電過程中，扭矩需求及實際扭矩輸出都應(yīng)當(dāng)為0。c.當(dāng)充電槍插上時，不允許閉合控制高壓電輸出的接觸器。d.當(dāng)充電回路絕緣電阻小于標(biāo)準(zhǔn)要求的阻值時，應(yīng)當(dāng)停止充電并斷開高壓接觸器。絕緣防護裝備無北汽新能源純電動汽車；比亞迪秦混合動力汽車；或其他同類新能源汽車。廠家維修手冊及培訓(xùn)資料1.新能源汽車安全設(shè)計方面的部件認知（1）動力電池安全設(shè)計以北汽新能源為例，查找動力電池廠家的資料，學(xué)習(xí)動力電池相關(guān)的安全設(shè)計策略。1）電池可用容量修正。電池管理系統(tǒng)BMS根據(jù)單體電池在環(huán)境溫度下的放電容量，以及慢充過程中因為電芯一致性變差導(dǎo)致電池系統(tǒng)充電并未真正充滿等因素，確定可用容量上報給整車控制器VCU，VCU根據(jù)該值計算續(xù)航里程。2）SOC估算及修正策略。根據(jù)車載充電模式和行車模式下單體電池最高電壓進行SOC修正。3）放電過程電流控制策略。行車放電過程中，放電電流不能超過電池BMS系統(tǒng)給整車VCU上報的最大允許放電電流值。放電過程電流控制策略是BMS根據(jù)動力電池當(dāng)前的SOC及最高溫度實時調(diào)整“最大允許放電電流”數(shù)值。4）能量回饋過程控制策略。BMS通過上報“最大允許充電電流”給整車控制器來表現(xiàn)動力電池當(dāng)前狀態(tài)可以接受最大回饋電流的能力。5）車載充電電流控制策略。車載充電時，BMS根據(jù)當(dāng)前最小溫度請求允許最大充電電流。當(dāng)單體最高電壓充電到3.6V時，BMS請求充電電流降到5A。單體最高電壓達到3.7V，停止充電，并把SOC修正為100%。6）地面充電控制策略?？斐鋾r動力電池系統(tǒng)與地面充電樁之間的交互信息及工作流程嚴(yán)格按照《GB/T27930-2011電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議》執(zhí)行。受限于動力電池的充電能力，為了更好地實現(xiàn)快充功能，在快充過程中設(shè)計有加熱功能。7）保溫過程控制策略。車載充電完成之后，根據(jù)電池的溫度判斷是否需要保溫，如果需要保溫，進入保溫過程。a.進入保溫條件：電池溫度Tmax＜25℃并且Tmin＜10℃。b.在保溫過程中，如果Tmin<5℃，BMS向車載充電機請求加熱需求電壓360V，加熱需求電流5A，并閉合加熱繼電器。c.保溫過程中，當(dāng)Tmin≥8℃時，斷開加熱繼電器，停止加熱。d.保溫時間：6h。如果進入保溫過程達到6h，停止保溫，退出保溫過程。8）動力電池故障處理策略。動力電池系統(tǒng)在行車模式/車載充電模式/地面充電模式下診斷、上報和處理的故障，及處理措施及恢復(fù)條件。2.車輛安全設(shè)計比亞迪秦主要從以下幾個方面進行安全設(shè)計：1）碰撞保護→通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測當(dāng)車輛安全氣囊引爆后，系統(tǒng)將自動切斷正常高電壓。2）高壓互鎖→通過在高壓連接器上設(shè)計監(jiān)測低壓開關(guān)，當(dāng)開關(guān)被斷開時先斷開高電壓，防止觸電。3）電源極性反接保護→意外接錯電源正負極，系統(tǒng)將自動切斷高電壓。4）開蓋檢測→在高壓電池與部件的蓋子上設(shè)立低壓開關(guān)，在低壓開關(guān)打開（蓋子被打開）時，系統(tǒng)切斷高電壓。5）主動泄放與被動泄放→通過主動與被動監(jiān)測是否存在對車身短路，自動快速將電池組電能泄放掉，避免電池發(fā)熱燃燒。此外，秦高壓系統(tǒng)的每一個高壓回路均有保險做為過流保護。動力蓄電池內(nèi)部的接觸器與保險絲3.高壓維修安全設(shè)計比亞迪秦對維修人員有特殊的安全操作要求，這包括如圖所示的4個方面。秦維修的高壓安全須知此外，系統(tǒng)設(shè)計的維修開關(guān)（ServiceSwitch），主要作用是當(dāng)車輛在以下情況時直接斷開高壓回路，從而保證操作人員的安全。例如：1）檢修所有高壓模塊產(chǎn)品。2）檢修所有動力蓄電池包四周的零部件。3）檢修其他以需要拆卸或移動高壓產(chǎn)品為前提的零部件。維修開關(guān)

1.新能源汽車安全要求的國家標(biāo)準(zhǔn)（1）動力蓄電池安全要求1）動力蓄電池的絕緣電阻、爬電距離的要求應(yīng)符合GB/T18384.1的要求。2）應(yīng)保證車輛的任何地方不得有安裝在車輛上的動力蓄電池產(chǎn)生的危險氣體聚集。3）動力蓄電池艙應(yīng)盡可能與乘客艙隔開。動力蓄電池艙應(yīng)確保均勻散熱和通風(fēng)，使車輛運行過程中或過程后，動力蓄電池處于安全允許的溫度范圍內(nèi)，動力蓄電池排出的有害氣體能安全地逸到大氣中，不允許排到乘客艙。4）在發(fā)生意外事故或其他故障條件下，動力蓄電池可能會釋放出較多的有害物質(zhì)，此時應(yīng)使其危險降到最低限度，尤其要注意乘客艙。5）動力蓄電池和動力電路系統(tǒng)應(yīng)通過斷路器和熔斷器進行保護。該裝置應(yīng)能在車輛制造廠規(guī)定的過流、與動力蓄電池連接的電路出現(xiàn)短路的情況下，自動斷開與動力蓄電池的連接電路。該裝置的響應(yīng)時間應(yīng)由車輛制造廠根據(jù)動力蓄電池參數(shù)、動力蓄電池和電路發(fā)生過流或短路的防護方式來確定。6）動力蓄電池類型應(yīng)清晰可見地注明動力蓄電池的化學(xué)類型以便識別。（2）觸電防護安全要求1）防止與動力電路系統(tǒng)中帶電部件直接接觸非高電壓動力電路系統(tǒng)本標(biāo)準(zhǔn)不做要求。2）車輛不得含有暴露的導(dǎo)線、接線端、連接單元。動力電路系統(tǒng)的帶電部件，應(yīng)通過絕緣或使用蓋、防護欄、金屬網(wǎng)板等來防止直接接觸。這些防護裝置應(yīng)牢固可靠，并耐機械沖擊。在不使用工具或無意識的情況下，它們不能被打開、分離或移開。3）在乘客艙及行李箱中，帶電部件在任何情況下都應(yīng)由至少能提供IPXXD防護等級的殼體來防護。4）發(fā)動機艙中的帶電部件應(yīng)設(shè)計為只有在有意接近的情況下，才有可能接觸到。5）打開機蓋后，與系統(tǒng)連接的部件應(yīng)具有IPXXB防護等級。6）車輛其他地方的帶電部件，應(yīng)提供IPXXB防護等級。7）車輛標(biāo)志、動力蓄電池包規(guī)定的、容易接觸的帶電部件的防護罩等應(yīng)清楚地標(biāo)注圖規(guī)定的標(biāo)志，標(biāo)志應(yīng)清晰牢固。

8）高電壓配線線皮應(yīng)統(tǒng)一由橙色和/或橙色套管構(gòu)成。9）防止與動力電路系統(tǒng)中外露可導(dǎo)電部件的間接接觸非高電壓動力電路系統(tǒng)本標(biāo)準(zhǔn)不做要求。10）所有電氣的設(shè)計、安裝應(yīng)避免相互摩擦，防止絕緣失效。11）應(yīng)通過絕緣的方法來防止間接接觸，并且使車載的外露可導(dǎo)電部件電聯(lián)接在一起，達到電位均衡。（3）絕緣電阻要求混合動力電動汽車的高電壓電路系統(tǒng)和電平臺應(yīng)絕緣，絕緣電阻值的要求應(yīng)符合GB/T18384.3—2001中6.2.2的規(guī)定。（4）電位均衡要求電位均衡應(yīng)符合GB/T18384.3—2001中6.4的規(guī)定。（3）絕緣電阻要求混合動力電動汽車的高電壓電路系統(tǒng)和電平臺應(yīng)絕緣，絕緣電阻值的要求應(yīng)符合GB/T18384.3—2001中6.2.2的規(guī)定。（4）電位均衡要求電位均衡應(yīng)符合GB/T18384.3—2001中6.4的規(guī)定。（1）新能源汽車安全隱患包括有高壓觸電、動力蓄電池泄漏與燃燒，以及其他風(fēng)險。（2）在給車輛進行充電時，充滿后再長時間充電，就會出現(xiàn)過充電。（3）過充、過放、過電流會導(dǎo)致電池過溫

。（4）當(dāng)動力系統(tǒng)的高壓線短路時，將會導(dǎo)致動力蓄電池瞬間大電流放電。（5）新能源汽車的維修安全主要是防止高壓觸電。（1）我國民用電網(wǎng)中的安全電壓多采用220V。（錯）（2）在給車輛進行充電時，充得越久越好。（錯）（3）在斷開電池的動力輸出后，就可以接觸高壓部件。（錯）（4）當(dāng)高壓系統(tǒng)出現(xiàn)短路等危險情況時，為保護乘員和關(guān)鍵零部件，需設(shè)計短路保護器。（對）（5）新能源汽車在充電時需要防止車輛移動以及避免快充、慢充、行駛模式之間的沖突。（對）（1）動力蓄電池在以下狀態(tài)下可能會存在風(fēng)險？（ABC）A.過充電

B.過放電C.溫度過高D.正常驅(qū)動車輛（2）以下哪些情況下，高壓系統(tǒng)將關(guān)閉高電壓？（BCD）A.起動車輛B.發(fā)生嚴(yán)重碰撞C.關(guān)閉點火開關(guān)

D.發(fā)生漏電（3）為防止