與傳統(tǒng)汽車低電壓系統(tǒng)不同,新能源汽車具有高壓系統(tǒng),存在用電安全問題。
一、高壓電類型
根據(jù)GB/T18384.3—2015《電動汽車安全要求第三部分:人員觸電防護》中規(guī)定:考慮到空氣濕度及人體在不同工作環(huán)境中的電阻,基于不同電壓等級對人體可能造成的損傷和危害程度的不同,新能源汽車按車型和數(shù)值將其電壓分為兩種安全級別。
A級:較安全的電壓等級,在直流系統(tǒng)中,最大工作電壓應(yīng)小于等于60V,在交流時,最大工作電壓應(yīng)低于30V,在此電壓下,維修人員無需進行特殊的防電保護。
B級:會對人造成傷害,被認(rèn)為高壓。為了保護維修人員,必須在電壓下安裝必要的保護裝置。
二、高壓類型
DC高壓主要分布于電池與各驅(qū)動元件之間,例如電池與驅(qū)動逆變器之間聯(lián)接的,和電池到高壓壓縮機之間聯(lián)接的均是DC高電壓。
AC高壓主要在逆變器和驅(qū)動電機之間,以及充電接口和車載充電器之間。不同點在于逆變器是驅(qū)動電機之間的AC高電壓一般都是300V左右,而充電接口和車載充電器之間的AC高電壓是外部電網(wǎng)的220V電壓。
三、高壓安全設(shè)計
新能源汽車高電壓存在時間
持續(xù)存在:長期使用新能源汽車的動力電池會保持高壓狀態(tài),即使在車輛停運時,由于動力電池總是儲存電力,所以在滿足動力電池放電條件后,電池仍會向外放電。
運行期間存在:在運轉(zhuǎn)過程中有高壓元件,是指點火開關(guān)在ON/RUN或其它運行的狀態(tài)下,組件會存在高壓。逆變器、高壓壓縮機、PTC加熱器和DC-DC轉(zhuǎn)換器組件只有在系統(tǒng)工作時,電池產(chǎn)生的高電壓才能裝載到這些元件上。
四、安全隱患
1.高電壓觸電安全
人可承受的安全電壓取決于身體允許通過的電流和身體的電阻。身體的阻力主要包括的是體內(nèi)電阻、體表面電阻、體表面電容。人的電阻會隨環(huán)境而變化,但通常不會低于1kΩ。在國內(nèi)電網(wǎng)中,一般安全電壓都是使用36V,大致等于人體允許電流30mA(以1200Ω)(人體電阻是1200Ω),這就要求新能源汽車任何兩個帶電部位的電壓都小于36V。
不管是純電動車,還是高壓混合動力車,電壓、電流等級均較高。正常情況下,動力電池電壓在300-600V之間。通常電流可以達(dá)到數(shù)百安,這遠(yuǎn)超出了人體所能承受的極限。
2.動力電池的安全
鋰電池組在正常使用過程中不存在安全問題,但濫用時會引起電池?zé)嵝?yīng)劇烈,這是鋰離子電池安全問題的導(dǎo)火線,最終表現(xiàn)為電池的“熱失控”,進而引發(fā)安全事故。有下列幾種情況會引起熱失控:
①過充電和過放電
②過流
③電池溫度過高
3.危險操作條件下的安全
由于新能源汽車電壓過高,在行駛過程中發(fā)生事故時,若不進行良好的安全設(shè)計,極易產(chǎn)生安全隱患。這類安全隱患包括:
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在充電過程中車輛意外移動
五、安全設(shè)計
①維修安全:傳統(tǒng)內(nèi)燃機車輛的維修安全;對新能源汽車的特殊安全維護。新能源汽車的安全維護主要是防止高壓電擊。
②碰撞安全:車輛在碰撞期間以及碰撞后有關(guān)人員的人身安全。
③電氣安全:防止人員與高壓電接觸;合理分配電池能量;充電時高壓安全;行駛過程中高壓安全;碰撞時電氣安全;維修時的電氣安全。
④功能安全:
1)轉(zhuǎn)矩安全管理。為了避免汽車發(fā)生意外運動,必須在整車控制器中增加轉(zhuǎn)矩安全控制。轉(zhuǎn)矩安全策略具體如下:
1.整車控制器負(fù)責(zé)對整車進行計算,計算出所需轉(zhuǎn)矩差大于某一標(biāo)定值,考慮轉(zhuǎn)矩輸出存在安全風(fēng)險,此時整車控制器可將其控制在安全范圍之內(nèi)。
2.當(dāng)整車控制器要求轉(zhuǎn)矩與電動機實際轉(zhuǎn)矩之差大于某一標(biāo)定值時,則認(rèn)為電機轉(zhuǎn)矩控制存在風(fēng)險,這時整車控制器就會限制電機的轉(zhuǎn)矩輸出。如果二者相差太大,切斷電源電池的功率輸出。
2)安全充電。要防止充電時發(fā)生車輛移動,以及避免快充、慢充、行駛模式?jīng)_突等問題。
1.只允許將檔位置于P位的充電。
2.充電時,所需的轉(zhuǎn)矩和實際輸出的轉(zhuǎn)矩應(yīng)為0。
3.插入充電槍后,不得關(guān)閉控制高壓電輸出的接觸器。
4.當(dāng)充電回路絕緣電阻小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的阻值時,應(yīng)停止充電,并切斷高壓接觸器。