纯电动汽车的高压电气安全管理与时间延时
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效 、 高压环路 互锁故 障 、 短路 、 高低 压故 障以及车辆碰撞 、 侧翻事故时 , 应 果 断 的及 时断 开高 压 电路 并 给 出 警报 。
整个高压系统 电路造成瞬时上电冲
击 , 甚 至 损毁 设 备 , 危及 车 辆 和 人 身的安全 。 为了安全接通高压 电路 ,
需要 针 对 高压 电路 进行 防 电流 瞬态 冲击保护的预充电设计 。 (2 ) 电流 检测 电路 二由于高 压供 电 电路 电 流变 化迅 速 , 如果 控 制系
流正极母线 一 底盘 ” 和 “直流 负极母 线 一 底盘 ” 的绝缘性 能 , 才能保 证纯 电动汽车的高压电气安全性 。 6 ) 余 电泄放 保护 : 由于 纯 电动 汽车高压 电气 系统的 ( 供电回路中存在着大量的容性 负载 , 在 动力电池断开后 , 供 电回路 中仍会 残留很 高的 电压 和 电能 , 如 果不采取 有 效 的泄放措 施 , 将 会危及 车辆和 人身的 安全 。 为 了避 免 剩余 电能可 能带 来的危 害 , 高压 电气 系统在 高压 电源切 断后采取了余电泄放的方法 。 7 ) 电压检测 : 由于动力 电池的 电压与动 力电池 的放 (
个方面出发 , 电动汽车 高压 电气 系统
控 制和 高 压 电气 自动 切 断保 护 的 需 求 , 在纯电动汽车的高压 电气 系统 中
必须 配 置 可 自动切 断主 回路 的 接触 器 。 如果 电动车 辆在 运行 过 程 中高
压 电气 接触器发 生闭合 或断开失 效 ,
的安全检测和保护主要包括 : (l ) 预充 电保 护 电路 : 由于 纯 电 动 汽 车 高压 电气 系 统的 供 电 回路 中
控 制 模块 的高压 常 开直 流 接触 器开 关 ; FU SE 为熔断器 ; K 4 和 K S 绝缘
AO
预充电控制 模 块 制
AO
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加口
绝缘电阻 阻 检测模块 块
C AN
主电路互 互 锁检测 测
检 测状态 态
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电阻检测开关的直流接触器 。 主电路 的直 流接 触 器 是结 合 实际 情况 和参
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[中 图分类 号 1 TP18
[文献 标识码 I B
文章 编号 1561一 0330 ( 2012)02一 0110一 05
1
引言
随着经济的发展 , 能源与环保问
电子科技大学自动化工程学院
傅荣杰
F u R ong ji e
摘 要 : 根据纯电动汽车高压电气系统配孟 , 设计了电动汽车高压 电气系统安全管理系统; 并根据高压电气系统的检测 电路和故障处理电路进行了系统的延时分析 , 从而为高压电系统
的器件 选型 提供 了一种 新的方 法 。 关键 词: 纯 电动 汽车
口~ ~
纯电动汽车高压电气安全管理与时间延时研究
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1 1 0 T H E W O R L D O F IN V E R T ERS
《变频器世界 》 2 0 1 2 年0 2 月
.
2 )与 电动汽 车其他模 块 进行 ( C A N 总线通信 , 方便信 息的传递 。 (3 ) 通 过故 障检 测 及相 应 的控制 模 块 实现 高压 电气 系统 的 安全 管理
境安全 I ] 。 因此对 电动汽车的高压电 2
2 纯 电动汽车高压电安全管 理系统设计
纯 电动汽车高压电安全管理 系统
(l ) 实时 监测 电动汽 车高 压 电系 统的 电压 , 总线剩余 电量 , 电流 , 温 度 和绝 缘 电阻 等 电气参 数 对 高压 电 气系统进行故障检测 。
是实 现高压 电 系统故 障诊 断和 安全
计相应 的 电路 , 我 们以 电流检测 电路和过 流处 理的执 行
电路为例 。
3., 电流检测和故障处理 电路
3. , . , 电流采集电路
﹄Leabharlann Baidu一 M
重量 。 但是 , 较高的工作电压对高电压系统与车辆底盘 之间的绝缘性能提出了更高的要求 。 为了消除高压系统
士 C`
对人员和车辆的潜在威胁 , 只有定量地分别检测直流 “ 直
下 , 所有参与高压电安全管理与控 制 的模 块 都可 以直接 通过 管理 系统 跨 过整车控制器而直接切断高压 电路 。
接通 之 前 需要 对供 电 电路 的完 整性 进行检测 。 (4 ) 触 点检 测: 为满 足 整车 功 能
和短 路 等 故 障 , 接通 防电 流瞬 态冲 击预 充 电系统进 行高压 电路预充 电 。 如 果 高压 电路 预 充 电在 约 定的 正常 时 间范 围内完成 , 则 系统 允许接通高
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高压 电气 系统
时间延 时
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电冲击 。 为此 , 在上 电过程中需要对 高 压 电路 进 行 防 电流瞬态 冲 击 预充 电 。 纯 电动 汽车在接到有效启动的命 令组合信号 之后 , 高压电安全管理系 统上 电 。 首先对高压电路 系统进行上
电前 预 诊 断 , 如 果蓄 电池 剩余 电量 充足 , 电压 正 常 , 并 且 电路 无绝 缘
和保护功能 。
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蓄电泄 泄
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如 图 1 所示 K 2
和 K 3 为 安 全管
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理 系统 M C U 模块控制 的高压 主电路 常开直 流接 触器 开关 ; K l 为预充 电
3 ) 断电过程 ( 如果 是正常的关机信号到来 , 则 电动汽车 进入关机 断电程序 , 在正式 切 断高压 电源输 出之前 , 需要首先对
车辆动力蓄 电池温度值进行判断 , 在
温 度值 许 可 的情况 下直 接 完 成断 电
统 不能做 出有效 的检 测主 电路 电流 , 则可能造成功率器件损坏 , 并 危及高 压 电气系统的安全 。 因此一旦检 测到 过流 , 则表明高压供 电电流超过 了设
[8 ] [ 91
重点针对 电压 、 电流 、 绝缘 电阻等和 高 压 电 系统 安全 直接 相 关的 重要 参
电路接 通 过程 中不 采取 有 效 的 防范 措施 , 在高压 电路接通瞬间 , 将会对
数进行循环的实时检测 , 根据发生故
障的 严重 程 度做 出相 应 的故 障 处理 措施 。如果判 断高压 电路发生绝缘 失
迟和 干扰就 可 能对 电气 系统造 成极
2) 实时过电流检测及故 障处理 ;
) 高低压保护及故障处理 ; 3
) 绝缘 检测 及故 障处理 ; 4
) 互锁故 障检测 及故障处理 。 5
大的损害 , 这就对高压 电气安全控制
系统 的采集速度 、 响应速度提 出了更
高的要求 ] [ ' 。
2 ., 系统结构
且不 能及 时采取有效 处理 措施 , 常控 制 的情 况 ,
轻
者 会 发生 高压 电气 系统不 能 实 现正 重 者危及 车辆 和人
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身安全甚至可能产生重大安全事故 。
5 )绝 缘检测 : 高 电压 系统主要 由动力 电池 、 电源 变 ( 换器 、 电动机控 制器 和 电动 机等 电气设备组 成 , 动 力的 工作 电压一 般在直 流 30 0 V 以上 , 采用较高的电压规范 , 减小 了电气设 备的工 作 电流 、 降低 了电气设 备和 整车 的
图 1 为纯电动汽车 高压 电安全管 理系统结构 , 该 系统 实现的基本功能
如下 :
电流更是成倍增加 。 因此 , 在设计 、 规划 高压 动 力系 统和 对 高压 系统 重 要 部件 的选 型时 不仅 应 充 分满 足整 车动力驱动要求 , 还必须确保车辆运 行安全 、 驾乘人员 安全和车辆运行环
. 2.1 高压电安全管理策略 2
(l ) 上 电过程
对 于纯电动汽车高压 电路 的整个
动 力回路 , 存在着 大量 的容性负载 。 如 果 在高 压 电路 接 通 过程 中不 采取 有效 的防范 措施 , 高压 电路在瞬时上 电时 , 由 于系 统 电路 容 性负 载 的存 在 , 将会对整个 高压系统 电路造成上
图 1 高压电安全管理系统结构
考国家标准要求进行选型设计的 。
电路 系统 用电安全 , 避免人员和车辆 损害 , 系统进入实时故障诊断状态 ,
存 在着 大量 的 容性 负 载和 可 能 出现 的设 备故 障 (如 短路 ) , 如 果在 高压
. 2 高压 电系统故障检测及安全管 2 理策略
高压 电系统故障诊断与安全管理 的整体 思 想 是要 保证 纯 电动 汽 车在 静止 或运行全过程的高压用电安全 [ 1 5
气系统 的 管理 l ] 和 安全 性 已经成 为 3 电动 汽车研 究设 计 时必须 要解 决 的 重要 问题 。
管理的智能管理系统 。 针对高压 电系 统可能发 生的故障 , 高压 电安全管理 系统应具备如下主要功能 [ ] v 6 : l ) 系统上 电防瞬态冲击 ; l
题 日益突出 , 世界各 国都将 目光投向 了环保和节能 的电动 汽车 。而 电动汽 车 的一个 重要 特 点就 是 车 内装有 保
证 足够动 力性能 的高电压 回路 , 其高 达 30 0 v 以上 l ] 的 电压危及人身安全 1 和车载高压用 电器 的使 用安全 。 高压 系统的正 常工作 电流可 能达到数 十 、
甚 至数 百安 培 , 当瞬 时短 路 时放 电
纯 电动汽车高压电气电气 系统 中 含有大量大功率设 备 , 具有高电压 、 大电流 、 电磁干扰 强烈的特点 , 且主 电路 中电流变化剧 烈 , 极短的控 制延
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压 电路 , 否则 禁止 高压 电路接通 。 2 )系统运行过程 ( 在高压 电路预充电过程结束并成 功 接通高压 电路之后 , 车辆进入正常 待机或运行状 态 。 这时为 了保证高压
22 . 2 高压 电系统故障检测 针对纯 电动汽车 安全管理策 略的
要求并结合车载储能装皿 、 功能 安全 和人 员 触 电防护 以及故 障 防护 等 几
定的可允许范 围 , 立即进入故 障断开
控制流程 , 断开供 电主接触器 , 并发
操作 , 但如果温度值过高 , 则需要由 电路驱动风扇进行强制降温 , 并在 温
度许可时切断高压 电路 。 在 紧急情 况
出故障报警信号 , 以提醒驾驶人 员 。 (3 ) 主 电路互 锁检 测 : 为保 证 高
压供 电电路的可靠连接 , 在高压 电路
整个高压系统 电路造成瞬时上电冲
击 , 甚 至 损毁 设 备 , 危及 车 辆 和 人 身的安全 。 为了安全接通高压 电路 ,
需要 针 对 高压 电路 进行 防 电流 瞬态 冲击保护的预充电设计 。 (2 ) 电流 检测 电路 二由于高 压供 电 电路 电 流变 化迅 速 , 如果 控 制系
流正极母线 一 底盘 ” 和 “直流 负极母 线 一 底盘 ” 的绝缘性 能 , 才能保 证纯 电动汽车的高压电气安全性 。 6 ) 余 电泄放 保护 : 由于 纯 电动 汽车高压 电气 系统的 ( 供电回路中存在着大量的容性 负载 , 在 动力电池断开后 , 供 电回路 中仍会 残留很 高的 电压 和 电能 , 如 果不采取 有 效 的泄放措 施 , 将 会危及 车辆和 人身的 安全 。 为 了避 免 剩余 电能可 能带 来的危 害 , 高压 电气 系统在 高压 电源切 断后采取了余电泄放的方法 。 7 ) 电压检测 : 由于动力 电池的 电压与动 力电池 的放 (
个方面出发 , 电动汽车 高压 电气 系统
控 制和 高 压 电气 自动 切 断保 护 的 需 求 , 在纯电动汽车的高压 电气 系统 中
必须 配 置 可 自动切 断主 回路 的 接触 器 。 如果 电动车 辆在 运行 过 程 中高
压 电气 接触器发 生闭合 或断开失 效 ,
的安全检测和保护主要包括 : (l ) 预充 电保 护 电路 : 由于 纯 电 动 汽 车 高压 电气 系 统的 供 电 回路 中
控 制 模块 的高压 常 开直 流 接触 器开 关 ; FU SE 为熔断器 ; K 4 和 K S 绝缘
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引言
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的器件 选型 提供 了一种 新的方 法 。 关键 词: 纯 电动 汽车
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2 纯 电动汽车高压电安全管 理系统设计
纯 电动汽车高压电安全管理 系统
(l ) 实时 监测 电动汽 车高 压 电系 统的 电压 , 总线剩余 电量 , 电流 , 温 度 和绝 缘 电阻 等 电气参 数 对 高压 电 气系统进行故障检测 。
是实 现高压 电 系统故 障诊 断和 安全
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电路为例 。
3., 电流检测和故障处理 电路
3. , . , 电流采集电路
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重量 。 但是 , 较高的工作电压对高电压系统与车辆底盘 之间的绝缘性能提出了更高的要求 。 为了消除高压系统
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下 , 所有参与高压电安全管理与控 制 的模 块 都可 以直接 通过 管理 系统 跨 过整车控制器而直接切断高压 电路 。
接通 之 前 需要 对供 电 电路 的完 整性 进行检测 。 (4 ) 触 点检 测: 为满 足 整车 功 能
和短 路 等 故 障 , 接通 防电 流瞬 态冲 击预 充 电系统进 行高压 电路预充 电 。 如 果 高压 电路 预 充 电在 约 定的 正常 时 间范 围内完成 , 则 系统 允许接通高
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电前 预 诊 断 , 如 果蓄 电池 剩余 电量 充足 , 电压 正 常 , 并 且 电路 无绝 缘
和保护功能 。
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车辆动力蓄 电池温度值进行判断 , 在
温 度值 许 可 的情况 下直 接 完 成断 电
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[8 ] [ 91
重点针对 电压 、 电流 、 绝缘 电阻等和 高 压 电 系统 安全 直接 相 关的 重要 参
电路接 通 过程 中不 采取 有 效 的 防范 措施 , 在高压 电路接通瞬间 , 将会对
数进行循环的实时检测 , 根据发生故
障的 严重 程 度做 出相 应 的故 障 处理 措施 。如果判 断高压 电路发生绝缘 失
迟和 干扰就 可 能对 电气 系统造 成极
2) 实时过电流检测及故 障处理 ;
) 高低压保护及故障处理 ; 3
) 绝缘 检测 及故 障处理 ; 4
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大的损害 , 这就对高压 电气安全控制
系统 的采集速度 、 响应速度提 出了更
高的要求 ] [ ' 。
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且不 能及 时采取有效 处理 措施 , 常控 制 的情 况 ,
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5 )绝 缘检测 : 高 电压 系统主要 由动力 电池 、 电源 变 ( 换器 、 电动机控 制器 和 电动 机等 电气设备组 成 , 动 力的 工作 电压一 般在直 流 30 0 V 以上 , 采用较高的电压规范 , 减小 了电气设 备的工 作 电流 、 降低 了电气设 备和 整车 的
图 1 为纯电动汽车 高压 电安全管 理系统结构 , 该 系统 实现的基本功能
如下 :
电流更是成倍增加 。 因此 , 在设计 、 规划 高压 动 力系 统和 对 高压 系统 重 要 部件 的选 型时 不仅 应 充 分满 足整 车动力驱动要求 , 还必须确保车辆运 行安全 、 驾乘人员 安全和车辆运行环
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(l ) 上 电过程
对 于纯电动汽车高压 电路 的整个
动 力回路 , 存在着 大量 的容性负载 。 如 果 在高 压 电路 接 通 过程 中不 采取 有效 的防范 措施 , 高压 电路在瞬时上 电时 , 由 于系 统 电路 容 性负 载 的存 在 , 将会对整个 高压系统 电路造成上
图 1 高压电安全管理系统结构
考国家标准要求进行选型设计的 。
电路 系统 用电安全 , 避免人员和车辆 损害 , 系统进入实时故障诊断状态 ,
存 在着 大量 的 容性 负 载和 可 能 出现 的设 备故 障 (如 短路 ) , 如 果在 高压
. 2 高压 电系统故障检测及安全管 2 理策略
高压 电系统故障诊断与安全管理 的整体 思 想 是要 保证 纯 电动 汽 车在 静止 或运行全过程的高压用电安全 [ 1 5
气系统 的 管理 l ] 和 安全 性 已经成 为 3 电动 汽车研 究设 计 时必须 要解 决 的 重要 问题 。
管理的智能管理系统 。 针对高压 电系 统可能发 生的故障 , 高压 电安全管理 系统应具备如下主要功能 [ ] v 6 : l ) 系统上 电防瞬态冲击 ; l
题 日益突出 , 世界各 国都将 目光投向 了环保和节能 的电动 汽车 。而 电动汽 车 的一个 重要 特 点就 是 车 内装有 保
证 足够动 力性能 的高电压 回路 , 其高 达 30 0 v 以上 l ] 的 电压危及人身安全 1 和车载高压用 电器 的使 用安全 。 高压 系统的正 常工作 电流可 能达到数 十 、
甚 至数 百安 培 , 当瞬 时短 路 时放 电
纯 电动汽车高压电气电气 系统 中 含有大量大功率设 备 , 具有高电压 、 大电流 、 电磁干扰 强烈的特点 , 且主 电路 中电流变化剧 烈 , 极短的控 制延
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22 . 2 高压 电系统故障检测 针对纯 电动汽车 安全管理策 略的
要求并结合车载储能装皿 、 功能 安全 和人 员 触 电防护 以及故 障 防护 等 几
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控制流程 , 断开供 电主接触器 , 并发
操作 , 但如果温度值过高 , 则需要由 电路驱动风扇进行强制降温 , 并在 温
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压供 电电路的可靠连接 , 在高压 电路