新能源汽车电学基础与高压安全 项目4 高压电基础知识

2020

新能源汽车电学基础与高压安全

任务1电压等级与安全电压

一、高压安全基础知识

新能源汽车的维护过程离不开高压电，高压电气安全事故造成的后果是非常严重的，因此对所有接触新能源汽车的人员普及高压电气安全知识是非常有必要的。每个带电物体周围都有电场，见右图所示，绝缘体带静电时就会产生电场。电场产生的原因是带电物体与其周围的物体之间存在电位差，此电位差称为“电压”。

带电物体的电场

1.高电压

带电压的导体周围也会产生电场。新能源汽车使用的电压范围为几百伏。但是电压产生的电场没有直接危险，带静电物体的电场可能比其大得多，例如，手接近带高电压的导线时不会产生火花。

电压不仅能在物体周围产生电场，还能在电路中产生电流。电压U 越大，在电阻不变的情况下电流I越大。在新能源汽车的高电压车载网络中，所使用的电压比常用的12V 车载网络高数倍。

设计时，针对高电压考虑了高电压车载网络中的技术元件，以适合所要求的电流强度。但是人体的电阻与所施加的电压无关。因此人体与高电压车载网络的导电部件接触（与12V 车载网络相比）时，流过人体的电流明显较高。

有电流流过时，导体周围产生磁场。导体内的电流强度越大，磁场强度越大。如果有电流流过的导体位于磁场

中，那么导体内部移动的电荷载体上会产生电感。如果在磁场内移动带电导体，则导体内会产生感应电压。

两个有电流流过的导体的磁场彼此重叠，如上图所示。在高

电压车载网络中，到高电压蓄电池的导线（正极和负极导线）平行布置。在这些导线中，电流向相反方向流动。两个导线的磁场彼此重叠，因此导线之间的磁力线密度较高，磁场也较强。

围绕有电流流过导体的磁场

2.高电流

注：

1-电流向一个方向流动2-电流流过引起的磁场3-方向相反的两个电流4-两个电流流过引起的磁场5-磁场作用在两个导体上的力A-有电流流过的单个导体

B-两个平行布置的有电流流过的导体

根据能量守恒定律，叠加作用必然反作用于电流。因此两束导线上作用力的方向抵消了加强的磁场，即导线彼此推开。磁场作用在导体上的力相对较小。

新能源汽车行驶模式下不仅出现直流电，还有（重叠的）交流电。因此导线上的作用力方向也不是恒定的，而是根据电流方向改变方向。固定或连接还必须防止因作用力变化产生的振动，否则会造成高电压导线松动。如果维修时不注意这些，则可能出现振动噪声。此外还可能造成电气插头松动和接触电阻过高。

如果某一导体内电流强度发生变化，那么导体周围的磁场也会随之改变。导体本身产生感应电压，该电压对缠绕的导体（线圈）尤为重要。如果其他导电物体位于该导体的磁场内，则这些导体内同样会产生感应电压，最终导致导体内产生电流。电流变化越大，变化速度越快，则感应电压越高。虽然新能源汽车的高压车载网络内电流强度高，但使用高频开关，因此不会给售后服务人员带来危险。但是，在高电压导线附近安装信号导线时，必须考虑确保电磁兼容（EMV）的边界条件。

在高电压车载网络内使用变频器和DC/DC 转换器。这些功率电子电路以高开关频率

工作。因此高电压导线的电压和电流曲线

不是恒定的，而是具有最高几百赫兹的频

率。由此产生的电磁场导致相邻导线内可

能出现干扰电压和干扰电流。在电路图中可以通过导线内或导线之间的电感和电容看出这些影响，如右图所示。1—导线12—导线2

i12—导线2中通过电容耦合产生的干扰电流，由导线1 中的电压引起

i21—导线1 中通过电容耦合产生的干扰电流，由导线2 中的电压引起

U12—导线2 中通过电感耦合产生的干扰电压，由导线1 中的电流引起

U21—导线1 中通过电感耦合产生的干扰电压，由导线2 中的电流引起

导线的电感和电容3.

高频率

为确保信号导线上的干扰尽可能小，需采取相应措施，例如使用屏蔽导线、双绞导线或导线之间

的距离尽可能大。新能源汽车的特点是可能产生这类干扰电压和干扰电流，尤其是在高电压导线周围。为保证电磁兼容性，高电压导线都带有屏蔽层，如下图所示。

不得因未按规定维修或非正规解决方案而影响车内采取的所有电磁兼容性措施，否则肯定会造成车内复杂的电子系统出现功能故障。

带屏蔽层的高电压导线

1—橙色外部保护套2—作为屏蔽层的钢丝网3—导体绝缘层4—导体

二、电压等级与安全电压

电压等级（V oltage Class）是电力系统及电力设备的额定电压级别系列。额定电压是电力系统及电力设备规定的正常电压，即与电力系统及电力设备某些运行特性有关的标称电压。电力系统各点的实际运行电压允许在一定程度上偏离其额定电压，在这一允许偏离范围内，各种电力设备及电力系统本身仍然能正常运行。

目前，我国将电压等级划分为以下几种：

安全电压通常为36V 以下，我国规定安全电压为42V、36V、24V、12V 和6V。

低压指对地电压在1000V 及以下。交流系统中的220V 三相四线制的380V/220V 中性点接地系统的均属低压。高压指1000V 以上的电力输变电电压，或380V 以上的配用电电压。

超高压为330~750kV。

特高压为1000kV 交流，±800kV 直流以上

进行危险电压组件方面的工作时必须遵守安全规定。国际标准给出了强制性安全规定，危险电压是25V 以上的交流电和60V 以上的直流电。车辆制造标准允许的最大接触电压（根据ECE R100 标准）是30V 交流电及60V 直流电。新能源汽车的电压一般在300 ~ 650V 间，虽然按照国家标准进行划分，应该属于低压范围，但是为和传统内燃机车辆12V 电源进行区别，我们通常称其为高电压。

任务2高压故障电流带来的危害

一、高压系统作业的职业伤害

人体细胞在有限范围内具有导电性，细胞内液体的占比较高是导电的主要原因。

如果接触带电部件，则电流可能流过人体。电流以最短路径流过人体时会遇到不同器官，对人体产生热效应、化学效应及刺激作用等，影响人体功能，损伤人体，甚至危及生命，如下图所示。