《新能源汽車認(rèn)知》項(xiàng)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(shí)：2學(xué)時(shí)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(jí)工程師、高級(jí)技師、國家經(jīng)濟(jì)師 高級(jí)國家職業(yè)技能鑒定考評(píng)員 高級(jí)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(yùn)營、 物流、安全、保衛(wèi)，職任：客運(yùn)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(jí)工程師、高級(jí)技師、國家經(jīng)濟(jì)師、 高級(jí)技能專業(yè)教師、高級(jí)國家職業(yè)資格考評(píng)員。 管理科學(xué)研究院特約講師、 管理顧

2、問有限公司高級(jí)講師。客座任教：大學(xué)、 技師學(xué)院、國家職業(yè)資格培訓(xùn)與考評(píng)及 企業(yè)內(nèi)部職業(yè)培訓(xùn)。 朱明-百度個(gè)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(shí)；3、能夠識(shí)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(jì)。5、能夠識(shí)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(shí)和創(chuàng)新精神；3、養(yǎng)成良好的安全意識(shí)、責(zé)任意識(shí)、6S管理意識(shí)，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(shí)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(jì)

3、新能源汽車的安全隱患5新能源汽車高壓警示標(biāo)識(shí)67新能源汽車高壓部件位置的識(shí)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(jí)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(gè)安全級(jí)別： A級(jí)是較為安全的電壓等級(jí)，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(jí)對(duì)人體會(huì)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(duì)維護(hù)人員進(jìn)行保護(hù)。學(xué)習(xí)內(nèi)容電壓安全級(jí)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(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車，其高電壓系統(tǒng)均同時(shí)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(duì)高壓部件均采用特殊的標(biāo)識(shí)或顏色，對(duì)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(shí)警示，這包括高壓警示標(biāo)識(shí)和導(dǎo)線顏色。 1.高壓警示標(biāo)識(shí) 學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車高壓電的標(biāo)識(shí) 每個(gè)新能源汽車的高電壓組件殼體上都帶有一個(gè)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(xiǎn)，所用警示牌基于國際標(biāo)準(zhǔn)危險(xiǎn)電壓警告標(biāo)志。高壓警示標(biāo)識(shí)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(huì)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(jì)。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(shí)第9頁，共43頁。 1.高電壓部件安裝位置的特點(diǎn) （1）主要集中在整體式車身的外部 除了少數(shù)的混合動(dòng)力汽車動(dòng)力電池安裝在車輛后部位置外，大多數(shù)車輛動(dòng)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(dòng)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(shí) 高壓部件都具有明顯的橙色標(biāo)識(shí)，或者部件的

6、醒目位置粘貼有高壓標(biāo)識(shí)。學(xué)習(xí)內(nèi)容北汽新能源純電動(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)車輛時(shí)，其主要的高壓部件有動(dòng)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(dòng)力電池 動(dòng)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(dòng)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(yùn)行時(shí)，位于電機(jī)的高壓電纜、插頭，以及電機(jī)定子繞組上均會(huì)存在交流高電壓。學(xué)習(xí)內(nèi)容 驅(qū)動(dòng)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(duì)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(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部都會(huì)自動(dòng)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(dòng)的壓縮機(jī)，高壓的PTC加熱器。 高壓壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)，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(dòng)系統(tǒng)存在高電壓，其安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)更為復(fù)雜。 1.新能源汽車高電壓存在時(shí)間 新能源汽車的高電壓系統(tǒng)集中在車輛的驅(qū)動(dòng)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(shí)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(jì)高電壓系統(tǒng)持續(xù)存在動(dòng)力電池運(yùn)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(shí)間（1）持續(xù)存在新能源汽車的動(dòng)力電池持續(xù)存在高電壓，即使在車輛停止運(yùn)行期間，由于動(dòng)力電池始終存儲(chǔ)有電能，因此當(dāng)滿足動(dòng)力電池的放電條件后，該部件將繼續(xù)對(duì)外放電。學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車高壓安全設(shè)計(jì)純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池第19頁，共43頁。（2）運(yùn)行期間存在運(yùn)行期間存在高壓的部件，是指當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)處于ON、RUN或其他運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，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(yùn)行時(shí)，來自動(dòng)力

10、電池的高電壓才會(huì)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(jì)第20頁，共43頁。運(yùn)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(diǎn)火開關(guān)處于ON或RUN狀態(tài)下就會(huì)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(diǎn)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(shí)相關(guān)的部件仍然不會(huì)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(jì)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(dòng)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(jì)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(dòng)力電池外，其它部件都是由整車控制單元或混合動(dòng)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(dòng)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(jì)第23頁，共43頁。 接觸器即為一個(gè)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(dòng)力電池組總成內(nèi)部或者是獨(dú)立在一個(gè)BDU（配

12、電箱）中。 在豐田普銳斯動(dòng)力電池總成端部布置有多個(gè)接觸器，其內(nèi)部接觸器如果斷開，整車僅動(dòng)力電池上會(huì)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(jì)第24頁，共43頁。 當(dāng)控制單元通過接觸器切斷位于動(dòng)力電池與高壓系統(tǒng)用電部件的連接后，整車除動(dòng)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(jì)第25頁，共43頁。 當(dāng)前，無論是純電動(dòng)汽車還是混合動(dòng)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(diǎn)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(jì)第26頁，共43頁。 （2）接觸器斷開條件 1）點(diǎn)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(yàn)程序，在 以下情況下，會(huì)因異常情況自動(dòng)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(duì)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(jì)第27頁，共43頁。 新能源汽車安全隱患包括有高壓觸電、動(dòng)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(xiǎn)等。 1.高壓觸電安全 無論是純電動(dòng)汽車，還是高電壓的混合動(dòng)力汽

14、車，其電壓和電流等級(jí)都比較高。動(dòng)力電池的電壓一般在300-600V。正常工作時(shí)，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(dòng)力電池安全 新能源汽車的關(guān)鍵部分是動(dòng)力電池，對(duì)于動(dòng)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(duì)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(huì)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(gè)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(huì)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(diǎn)有限。 （3）工作環(huán)境溫度高。 （4）電池溫度升高會(huì)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(dòng)汽車(比亞迪E6)發(fā)動(dòng)機(jī)艙特征學(xué)習(xí)內(nèi)容典型動(dòng)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(xiǎn)運(yùn)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(shí)，如果沒有很好的安全設(shè)計(jì)，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(shí)車輛的意外移動(dòng)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(jì)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(dòng)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(diǎn)： （1）高壓的電壓一般設(shè)計(jì)都在200V以上。學(xué)習(xí)內(nèi)容 特斯拉MODULE S 動(dòng)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(duì)絕緣材料的要求更高。 （4）高壓對(duì)正負(fù)極距離的要求。當(dāng)電壓高到200V以上時(shí)，正負(fù)極之間會(huì)有一個(gè)很大的距離時(shí)就會(huì)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(jì)內(nèi)容 新能源汽車存在的安全風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)等。根據(jù)這些安全隱患以及實(shí)際的工作狀況，對(duì)新能源汽車主要從以下方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。學(xué)習(xí)內(nèi)容新能源汽車安全設(shè)計(jì)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(xiǎn)，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(xiǎn)。有些車輛設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)的高壓安全。 4）行駛過程中的高壓安全。 5）碰撞時(shí)的電氣安全。 6）維修時(shí)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(huì)設(shè)計(jì)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(xiǎn)。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(jì)方式第38頁，共43頁。2）動(dòng)力電池與外部高壓回路之間設(shè)計(jì)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(shí)，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)?dòng)力電池進(jìn)行充電時(shí)，接觸器才可能會(huì)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(jì)方式第39頁，共43頁。3）高壓系統(tǒng)中設(shè)計(jì)預(yù)充電回路。在動(dòng)力電池輸出高壓電之前，先通過預(yù)充電回路對(duì)電池外部的高壓系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)充電