纯电动汽车高压电安全设计

热度:Loading...   日期:16-10-24, 08:52 AM   来源:陆地方舟集团   

纯电动汽车高压电安全设计

高压电系统的功能是保证整车系动力电能的传输,并随时检测整个高压系统的绝缘故障、断路故障、接地故障和高压故障等,以保证设备和人员安全为首要任务,也是电动车辆产业化的关键技术之一。自1 9 70年前后,国际标准化组织(ISO,IEC)和美国、欧洲、日本等都先后成立了开展电动车辆标准研究和制定工作的标准化组织和机构,相继发布了若干电动车辆的技术标准。人们对电动车辆的高压电安全及控制制定了较为严格的标准和要求,并规定了高压系统必须具备高压自动切断装置。其中涉及与纯电动汽车安全有关的气特性有:绝缘特性、漏电流、充电器的过流特性、爬电距离及电气间隙等。

纯电动汽车高压电安全保护的执行要点是,首先确保高压电源等的运行安全和高压电的接通必须具备既定的先决条件,以及基于外部故障诊断的自动断开和被动断开。
1.高压互锁
为确保高压母线快速连接器的连接可靠,在高压电回路中并联一组随快速连接器一起安装的高压互锁回路,并连接到EVSM,用来动态检测高压快速连接器连接的可靠程度。当检验到商压回路的连接没有达到预期的完整性要求时,EVSM将直接或通过整车控制器禁止相关动力电源的输出,直到该故障完全排除为止。否则会存在高压电暴露、连接不良造成动力回路输出功率下降,甚至使连接器烧毁等不良后果。
2.接通信号的互锁控制
只有电动汽车上与高压电控制相关的管理模块都发出许可闭合的线控信号后,才能使专门设计的高压电闭合模块进入预充电过程,而只有符合事先设计要求的预充电过程才能最终使高压电回路完全闭合,电源系统才有能力向外供给能量。同样,在紧急的情况下,所有参与高压电控制的相关管理模块都可超越整车控制器,通过COMM控制线强行要求EVSM切断高压电源的输出。
3.被动安全控制

在遇到紧急情况时,尤其是严重的碰撞,将会使车内的纯电动汽车蓄电池单元、高压用电器等与车身固定件之间发生碰撞挤压等情况,造成潜在的脱落、短路等瞬间绝缘性能的快速下降或高压主回路电路的短接等非常危险的情况。为适应这种被动控制的需求,在EVSM中可以设置一个加速度传感器的信号输入电路,经过一个专门的数据处理模块,诊断出一个被动安全信号送CPU处理,并通过事件CAN帧及时与整车控制器通信,快速切断电源系统的输出。

4.接通过程的安全珍断与控制

正确的接通过程就是一个检验和确保供电(蓄电池等)、负载(电机及控制器、DC/DC等)及高压控制继电器自身的安全运行的过程。控制命令可以来自于线控信号,也可以来自于CAN网络。所有的请求接通命令,都需要一个定时的确认过程,确认的周期大约为60ms,与人工操作的反应时间相当。这样就十分有效地兼顾了命令的正确传递和必要的响应速度,提高了高压电接通过程的可靠性。引入预充电电阻,目的就是为了在安全接通高压系统前,正确感知输出线路是否存在负载过大甚至可能短路等故障。对高压输出端实行预充电,可有足够的时间来实时检测预充电过程中高压回路中电压与时间的变化关系,并据此来判断输出线路的状态,以确定下一步的控制操作——完全接通还是禁止接通。这种直流电源与负载接通过程的安全控制,可以最大程度地避免高压用电器的永久性损坏,及时告知驾驶员进行必要的车辆维护。
5.运行过程中绝缘电阻的安全诊断
电动汽车在行驶过程中,由于振动、冲击以及动力电池腐蚀性液体、气体等的影响,使高压。电路与电底盘等低压电路之间的当量绝缘电阻成为一个动态变化的物理参量,其大小与高压电路回路中高压用电器的多少及用电的状态有关。为此对高压电绝缘状态的在线动态检测是安全诊断的关键,它综合了蓄电池主供电回路、高压电回路、电机驱动系统等高压用电器与汽车车身之间的绝缘状况。在出现绝缘故障时,首先启动故障诊断程序来对故障进行分级,通过判断故障的变化趋势来确定故障是渐进变化而来,还是突发产生。若故障是突发产生的,则迅速启动CAN事件帧通知上级控制器,否则仍然按既定的时序通报给上级控制器,上级控制器应当反馈相应的处理结果。
6.断开过程的控制策略
在正常或在无重大故障时,与接通过程一样,接受请求断开的命令也需要一个确认的过程,同时保证命令的正确传递和必要的响应速度,邂免电动汽车正常行驶时的非正常断开,提高工作可靠性。而当高压电系统存在故障时,如何断开供电回路,是一个非常值得仔细研究的问题。在人身安全受到威胁的情况下应当毫不犹豫地断开高压电,而在其他情况下的断开则必须服从一定的优先级。首先必须了解高压电故障的严重等级,了解整车的驱动和能源装置的运行状态,并使整车控制器尽快转入非驱动状态等。其中包括在极端情况下的紧急断开策略;考虑到行车挡位和车速的高压安全断开策略;考虑各能源装置运行状况的断开策略。而一旦断开高压供电,则必须由操作者有意识地动作进行复位,并在一定的时间间隔待原先的故障消失后,才能进入下一次的接通过程。


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