电动汽车高压电气系统安全性研究_唐瑜亮
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4） 电池箱的正负引线务必标识清楚， 妥善进 行布线作业， 做到高低压隔离， 做好高压安全防 护； 电池连接操作过程中小心谨慎， 避免出现整组 或部分电池被反接， 或整组或部分电池被短路现象。
5） 按照设计的电池连接方案， 用导电条将各 个电池 （组） 连接； 安装极柱螺栓使用平垫圈和弹 簧垫圈， 极柱螺栓务必拧紧， 拧紧极柱螺栓时切忌
因冲击血压，脉搏微弱等，陷入昏迷
因电弧、火花引发的烧伤等导致组织破坏 和变质等
呼吸中枢有电流流经，导致呼吸停止，有时 即使是做人工呼吸和心脏按摩也没有效果
电脱离的极限电压E=I×R=0.07×1 000=70 V。 电气短路 （短接） 是指电气没有按照规定的路
径流经， 有大电流绕经易通过的近道流经。 火花会 因电流的大小迅猛地向大范围飞散， 所以伴随有烧 伤和溅入眼内导致失明等危险。 例如， 短路时的电 阻0.003 68 Ω （假设动力电缆线截面积50 mm2， 20 ℃ 时电阻0.368 mΩ ／ m， 长10 m）， 电压350 V， 则短路时 的电流为350V ／ 0.00368Ω≈95108A， 所以非常危险。
表1 某些纯电动大型城市客车电池组 总成额定电压 ／ 容量一览表
车辆型号
产品商标 电池组总成额定电压 ／ 容量
GTQ6107BEVB TEG6120EV HFF6126G03EV CK6120HGEV SWB6121EV GL6120BEV ZK6129EGQA SDL6120EVG
广通 南车时代 安凯 比亚迪 申沃 桂林 宇通 飞燕
2 电动汽车高压电伤害分析 电动汽车高压电安全隐患的主要部件是动力电
池系统， 包括单体电池、 电池模块、 电池箱及管理 系统、 充电系统、 高压动力线等。 电动汽车主要特 点： 采用大容量、 高倍率动力电池及高压驱动电
机 ； 纯 电 动 大 型 城 市 客 车 电 池 组 电 压 在300～600 V （表1）， 远超过安全电压， 电流可达几百安培， 一 旦发生触电事故， 对人体会烧伤、 甚至致人死亡， 因此高压电安全问题不容忽视。
Safety Research on High-voltage Electrical System for EV
TANG Yu-liang （Quick Bus Co.， Ltd.， Guilin 541805， China） Abstract： The author introduces the high-voltage electrical system architecture of EVs and analyzes the highvoltage injury； also studies the safety in production of the high -voltage electrical system and puts forward the corresponding protective measures. Key words： EV； high-voltage electrical system； safety DOI:10.13273/j.cnki.qcdq.2014.05.012
《汽车电器》２０１４ 年第 ５ 期 41
设计●研究
Design●Research
表2 通过电流值和人体感觉
mA
电击的影响
直流 交流60 Hz 男 女 男女
能感应到有电
5.2 3.5 1.1 0.7
不伴随有苦痛的冲击，肌肉活动自由 9 6 1.8 1.2
伴随有苦痛的冲击（能够脱离）
62 41 9 6
4 高压电系统安全性设计 目的在于防止漏电、 过流、 有毒及易燃的化学
物质泄漏等。 对于高压电系统和自动断路器的工作 状态及功能的监测， 需要检测的参数可以分成以下 几类： ①高压电气参数： 高压系统电压、 电流， 高 压总线剩余电量； ②高压电路参数： 动力电池绝缘 电阻、 高压总线等效电容； ③非电测量参数： 环境 温度、 湿度： ④数字量测控参数： 主要是开关量的 输入和输出； ⑤辅助电压、 继电器链接状况等［2］。 4.1 故障检测、 诊断功能设计
故障检测、 诊断是对电动车动力系统的各个环 节进行实时监控， 并通过CAN总线输出测得的各部 分的状态及数值， 输出系统的报警状态和通断指 令， 相应启动失效策略和安全保护功能， 确保车辆 的安全性和可靠性。 主要包括以下方面。
1） 主电路互锁检测 为确保高压电路的可靠 连接， 在高压电路接通之前需要对供电电路的完整 性 进 行 检 测 ［3］。
1 电动汽车高压电气系统结构简介 动力电池组输出的高压直流电通过电机控制器
驱动电机转动， 同时通过直流电压转换器或逆变器 向空调压缩机、 油泵电机、 气泵电机提供电能， 这 构成了整车的高压电气系统。 主要分： ①动力模 块： 电机总成、 电池包总成； ②控制模块： 电机控 制器、 DC-DC、 BMS等； ③高压辅助模块： 漏电保 护器、 档位控制器、 ECU、 加速踏板、 充电口、 应 急开关等。
控于驾驶员和安全检测信号， 发生故障时可手动或
自动切断动力电源。
3） 熔断器在系统中担负串接通电和安全保护
的双重功能， 选用合适的熔断器用来出现过电流时
中断电路。
4.3 爬电距离设计
正常工作状态下， 由于电解液的泄漏， 造成了
蓄电池模块的连接端子
（包括与它们相连接的
任何可导电的连接件）
与任何可导电部件之间
2） 带 电 部 件 与 电 盘 之 间 的 爬 电 距 离 为 d≥ 0.125U+5。 4.4 电磁抗干扰设计
触电的种类： 接触触电指与充电接触发生的触 电； 电磁感应触电是指与交流高压附近的金属相接 触发生的触电； 静电感应触电指在交流高电压附近 人体产生触电， 因放电时的冲击发生的触电； 电弧 触电指人体因大电流在大气中的放电被吹起而发生 的触电。
人体电阻=1 000 Ω （润湿状态的大致阻值）， 触
收稿日期： 2013-06-05； 修回日期： 2013-07-08 作者简介： 唐瑜亮 （1975-）， 男， 工程师， 从事客车电器、 车身、 新能源电动汽车动力电源系统的研发 和设计工作 ， 获 专利1项。
2） 绝缘性能检测 电动汽车在运行中难免会 出现部件间的互相碰撞、 摩擦、 挤压， 导致高压电 路与底盘间的绝缘性能下降， 电源正负极引线将通
42 《汽车电器》２０１４ 年第 ５ 期
Design●Research
设计●研究
过绝缘层和底盘构成漏电回路。 只有实时检测正极
母线-底盘和负极母线-底盘的绝缘性能， 绝缘电阻
电压和电能。 为避免可能带来的危害， 在高压电源
切 断 后 应 采 用 余 电 泄 放 的 方 法 ［3］。
5） 电压检测和保护 主要是总电压和电池模
块电压检测。
6） 驱动电机 驱动系统电动机应有自己的短
路或过流保护装置， 采用卸载装置以避免过热。
7） 低压电源监测 动力电池组通过DC-DC变
换器将高压直流电转换为24 V低压直流电， 为整车
在电池箱总成之间连接线时， 由具备电工资质 的人员操作， 应带绝缘手套、 穿绝缘鞋， 认真判明 电池接线端的极性后再连接， 要严格按照图纸技术 要求施工， 认真检查连线是否正确， 一定要用万用 表确认主正和主负接线端的总电压正确无误后才可 以接进开关箱里。 3.2 其它高压电气部件生产中安全性研究
所有高压电气部件带电部分与安装部位， 保证 绝缘； 高压电气部件带电部分不可外露， 必须加装 防护装置； 高压电气部件必须安装牢固可靠， 同时 便于维修、 拆装方便。
4.2 被动安全设计
主要有以下几方面。
1） 自动切断开关是在车辆碰撞、 涉水、 翻车、
动力系统短路、 绝缘值低、 过电流、 过电压等无人
操作的情况下， 能自动切断高压回路， 通过声或光
信号装置提示驾驶员。 该装置应具备自动恢复功
能， 在故障被排除后能够重新恢复牵引电压。
2） 动力电池组的输出端装有直流接触器， 受
Design●Research
设计●研究
电动汽车高压电气系统安全性研究
唐瑜亮 （桂林客车工业集团有限公司， 广西 桂林 541805）
摘要： 介绍电动汽车高压电气系统结构， 对高压电伤害进行分析， 并对电动汽车高压电气系统在生产中的安全 性进行研究， 最后提出高压电系统安全性设计预防措施。
关键词： 电动汽车； 高压电气系统； 安全性 中图分类号： U463.633 文献标识码： A 文章编号： 1003－8639（2014）05－0041－03
3 高压电气部件生产中安全性研究 3.1 动力电池包总成生产中安全性研究 3.1.1 电池组安装
1） 认真阅读电池安装操作、 使用维护手册等 资料。
2） 安装或检验人员不可配戴金属饰品、 使用 的工具须进行绝缘防护， 避免同时触碰电芯正负 极， 引起短路。
3） 每块电池、 每个电池箱体都有编号， 注意 电池的正负， 依据图纸将电池装入相应的电池箱 内。 在搬运、 装配过程中对电池应当轻拿轻放， 严 禁摔、 碰等冲击现象发生。
大于100 Ω ／ V， 才能保证电气的安全性。 电气绝缘性
能的实时监测也是电动车电气安全技术的核心内容。
3） 温度监测和过热保护 主要针对电池、 电
机及控制器、 电池箱上高压连接件的温度进行监
测， 当其温度高于限值时， 必须采取行之有效的过
热保护功能。
4） 余电泄放保护 因高压电路中存在大量的
容性负载， 高压电切断后， 供电回路中仍余很高的
伴随有苦痛的冲击（脱离极限）
74 50 16 10.5
强烈的冲击肌肉僵硬、呼吸困难
90 60 23 15
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
可能会心房颤动3 s
500 500 100 100
会发生心房颤动
1 375 1 375 275 275
表3 触电对身体的影响
触电现象
对身体的影响
全身痉挛
昏迷
身体组织损伤 呼吸停止、
触电猝死
瞬间内有大电流流经时出现的身体局部偶 尔跳动的现象
的泄漏电流的危害。 对
此， 规定了相应的动力
蓄电池的爬电距离， 见
图1［4］。
图1 爬电距离
●●●●●●●●●●●●●●●●
如果发生蓄电池电解液的泄漏， 爬电距离确定 如下。
1） 两个蓄电池连接端子间的爬电距离为d≥ 0.25U+5 （d— ——被测试验用动力蓄电池的爬电距离， mm； U— ——蓄电池两个连接端子间的标称电压， V）。
352 V ／ 400 Ah 384 V ／ 360 Ah 496.8 V ／ 200 Ah 540 V ／ 600 Ah 537.6 V ／ 306 Ah 550 V ／ 500 Ah 563 V ／ 300 Ah 576 V ／ 360 Ah
电伤害主要有触电和短路。 通过电流值和人体 感觉见表2， 触电对身体的影响见表3。
过分用力， 以免导致极柱螺纹滑牙。 6） 将电池箱装入车上的电池舱内， 电池箱安
装牢固。 当 电 池 组 两 端 电 压 超 过 人 体 安 全 电 压36 V时 ，
禁止用身体直接接触电池组正负端， 以免触电， 发 生意外。 3.1.2 高压线连接
应考虑线束的绝缘防护， 线束走向： 高压线不 能同低压线捆绑在一起。 高压线接头应避开油管路 接头， 防止高压线短路； 走向应该合理， 高压线不 得与安装螺栓等干涉， 并且应避开热源、 尖锐物或 旋转件； 高压线应该合理固定， 防止自由移动； 电 池间电缆连接要求正确牢靠， 不得有松动； 避免线 束磨损破损问题造成的短路、 打火等不安全事故的 发生。
我国汽车产销快速增长， 作为能源消费大国， 能源大量进口危及到国民经济正常运行和能源安 全； 必须将发展新能源汽车放在重要的战略位置， 发展 “纯电驱动” 电动汽车是我国新能源汽车技术 的发展方向［1］。 电动汽车最大的特点就是具有高电 压、 大电流的动力回路。 除了一般汽车安全要求， 还有高压电和特殊碰撞安全要求， 必须确保车辆的 运行安全、 驾乘人员安全和车辆运行环境安全， 因 此对电动汽车电安全的研究势在必行。
低压电器和电机控制器提供电源， 一旦发生故障会
造成车辆停驶。 因此， 随时监测其工作状态十分必
要， 并通过声光报警， 提醒驾驶员采取措施。
通过以上故障检测判断高压电路在运行中出现
异常情况时， 能通过仪表或指示器以声或光报警的
形式提醒驾驶员， 以便驾驶员及时处理， 同时高压
电管理系统断开高压电路， 避免发生安全事故。
5） 按照设计的电池连接方案， 用导电条将各 个电池 （组） 连接； 安装极柱螺栓使用平垫圈和弹 簧垫圈， 极柱螺栓务必拧紧， 拧紧极柱螺栓时切忌
因冲击血压，脉搏微弱等，陷入昏迷
因电弧、火花引发的烧伤等导致组织破坏 和变质等
呼吸中枢有电流流经，导致呼吸停止，有时 即使是做人工呼吸和心脏按摩也没有效果
电脱离的极限电压E=I×R=0.07×1 000=70 V。 电气短路 （短接） 是指电气没有按照规定的路
径流经， 有大电流绕经易通过的近道流经。 火花会 因电流的大小迅猛地向大范围飞散， 所以伴随有烧 伤和溅入眼内导致失明等危险。 例如， 短路时的电 阻0.003 68 Ω （假设动力电缆线截面积50 mm2， 20 ℃ 时电阻0.368 mΩ ／ m， 长10 m）， 电压350 V， 则短路时 的电流为350V ／ 0.00368Ω≈95108A， 所以非常危险。
表1 某些纯电动大型城市客车电池组 总成额定电压 ／ 容量一览表
车辆型号
产品商标 电池组总成额定电压 ／ 容量
GTQ6107BEVB TEG6120EV HFF6126G03EV CK6120HGEV SWB6121EV GL6120BEV ZK6129EGQA SDL6120EVG
广通 南车时代 安凯 比亚迪 申沃 桂林 宇通 飞燕
2 电动汽车高压电伤害分析 电动汽车高压电安全隐患的主要部件是动力电
池系统， 包括单体电池、 电池模块、 电池箱及管理 系统、 充电系统、 高压动力线等。 电动汽车主要特 点： 采用大容量、 高倍率动力电池及高压驱动电
机 ； 纯 电 动 大 型 城 市 客 车 电 池 组 电 压 在300～600 V （表1）， 远超过安全电压， 电流可达几百安培， 一 旦发生触电事故， 对人体会烧伤、 甚至致人死亡， 因此高压电安全问题不容忽视。
Safety Research on High-voltage Electrical System for EV
TANG Yu-liang （Quick Bus Co.， Ltd.， Guilin 541805， China） Abstract： The author introduces the high-voltage electrical system architecture of EVs and analyzes the highvoltage injury； also studies the safety in production of the high -voltage electrical system and puts forward the corresponding protective measures. Key words： EV； high-voltage electrical system； safety DOI:10.13273/j.cnki.qcdq.2014.05.012
《汽车电器》２０１４ 年第 ５ 期 41
设计●研究
Design●Research
表2 通过电流值和人体感觉
mA
电击的影响
直流 交流60 Hz 男 女 男女
能感应到有电
5.2 3.5 1.1 0.7
不伴随有苦痛的冲击，肌肉活动自由 9 6 1.8 1.2
伴随有苦痛的冲击（能够脱离）
62 41 9 6
4 高压电系统安全性设计 目的在于防止漏电、 过流、 有毒及易燃的化学
物质泄漏等。 对于高压电系统和自动断路器的工作 状态及功能的监测， 需要检测的参数可以分成以下 几类： ①高压电气参数： 高压系统电压、 电流， 高 压总线剩余电量； ②高压电路参数： 动力电池绝缘 电阻、 高压总线等效电容； ③非电测量参数： 环境 温度、 湿度： ④数字量测控参数： 主要是开关量的 输入和输出； ⑤辅助电压、 继电器链接状况等［2］。 4.1 故障检测、 诊断功能设计
故障检测、 诊断是对电动车动力系统的各个环 节进行实时监控， 并通过CAN总线输出测得的各部 分的状态及数值， 输出系统的报警状态和通断指 令， 相应启动失效策略和安全保护功能， 确保车辆 的安全性和可靠性。 主要包括以下方面。
1） 主电路互锁检测 为确保高压电路的可靠 连接， 在高压电路接通之前需要对供电电路的完整 性 进 行 检 测 ［3］。
1 电动汽车高压电气系统结构简介 动力电池组输出的高压直流电通过电机控制器
驱动电机转动， 同时通过直流电压转换器或逆变器 向空调压缩机、 油泵电机、 气泵电机提供电能， 这 构成了整车的高压电气系统。 主要分： ①动力模 块： 电机总成、 电池包总成； ②控制模块： 电机控 制器、 DC-DC、 BMS等； ③高压辅助模块： 漏电保 护器、 档位控制器、 ECU、 加速踏板、 充电口、 应 急开关等。
控于驾驶员和安全检测信号， 发生故障时可手动或
自动切断动力电源。
3） 熔断器在系统中担负串接通电和安全保护
的双重功能， 选用合适的熔断器用来出现过电流时
中断电路。
4.3 爬电距离设计
正常工作状态下， 由于电解液的泄漏， 造成了
蓄电池模块的连接端子
（包括与它们相连接的
任何可导电的连接件）
与任何可导电部件之间
2） 带 电 部 件 与 电 盘 之 间 的 爬 电 距 离 为 d≥ 0.125U+5。 4.4 电磁抗干扰设计
触电的种类： 接触触电指与充电接触发生的触 电； 电磁感应触电是指与交流高压附近的金属相接 触发生的触电； 静电感应触电指在交流高电压附近 人体产生触电， 因放电时的冲击发生的触电； 电弧 触电指人体因大电流在大气中的放电被吹起而发生 的触电。
人体电阻=1 000 Ω （润湿状态的大致阻值）， 触
收稿日期： 2013-06-05； 修回日期： 2013-07-08 作者简介： 唐瑜亮 （1975-）， 男， 工程师， 从事客车电器、 车身、 新能源电动汽车动力电源系统的研发 和设计工作 ， 获 专利1项。
2） 绝缘性能检测 电动汽车在运行中难免会 出现部件间的互相碰撞、 摩擦、 挤压， 导致高压电 路与底盘间的绝缘性能下降， 电源正负极引线将通
42 《汽车电器》２０１４ 年第 ５ 期
Design●Research
设计●研究
过绝缘层和底盘构成漏电回路。 只有实时检测正极
母线-底盘和负极母线-底盘的绝缘性能， 绝缘电阻
电压和电能。 为避免可能带来的危害， 在高压电源
切 断 后 应 采 用 余 电 泄 放 的 方 法 ［3］。
5） 电压检测和保护 主要是总电压和电池模
块电压检测。
6） 驱动电机 驱动系统电动机应有自己的短
路或过流保护装置， 采用卸载装置以避免过热。
7） 低压电源监测 动力电池组通过DC-DC变
换器将高压直流电转换为24 V低压直流电， 为整车
在电池箱总成之间连接线时， 由具备电工资质 的人员操作， 应带绝缘手套、 穿绝缘鞋， 认真判明 电池接线端的极性后再连接， 要严格按照图纸技术 要求施工， 认真检查连线是否正确， 一定要用万用 表确认主正和主负接线端的总电压正确无误后才可 以接进开关箱里。 3.2 其它高压电气部件生产中安全性研究
所有高压电气部件带电部分与安装部位， 保证 绝缘； 高压电气部件带电部分不可外露， 必须加装 防护装置； 高压电气部件必须安装牢固可靠， 同时 便于维修、 拆装方便。
4.2 被动安全设计
主要有以下几方面。
1） 自动切断开关是在车辆碰撞、 涉水、 翻车、
动力系统短路、 绝缘值低、 过电流、 过电压等无人
操作的情况下， 能自动切断高压回路， 通过声或光
信号装置提示驾驶员。 该装置应具备自动恢复功
能， 在故障被排除后能够重新恢复牵引电压。
2） 动力电池组的输出端装有直流接触器， 受
Design●Research
设计●研究
电动汽车高压电气系统安全性研究
唐瑜亮 （桂林客车工业集团有限公司， 广西 桂林 541805）
摘要： 介绍电动汽车高压电气系统结构， 对高压电伤害进行分析， 并对电动汽车高压电气系统在生产中的安全 性进行研究， 最后提出高压电系统安全性设计预防措施。
关键词： 电动汽车； 高压电气系统； 安全性 中图分类号： U463.633 文献标识码： A 文章编号： 1003－8639（2014）05－0041－03
3 高压电气部件生产中安全性研究 3.1 动力电池包总成生产中安全性研究 3.1.1 电池组安装
1） 认真阅读电池安装操作、 使用维护手册等 资料。
2） 安装或检验人员不可配戴金属饰品、 使用 的工具须进行绝缘防护， 避免同时触碰电芯正负 极， 引起短路。
3） 每块电池、 每个电池箱体都有编号， 注意 电池的正负， 依据图纸将电池装入相应的电池箱 内。 在搬运、 装配过程中对电池应当轻拿轻放， 严 禁摔、 碰等冲击现象发生。
大于100 Ω ／ V， 才能保证电气的安全性。 电气绝缘性
能的实时监测也是电动车电气安全技术的核心内容。
3） 温度监测和过热保护 主要针对电池、 电
机及控制器、 电池箱上高压连接件的温度进行监
测， 当其温度高于限值时， 必须采取行之有效的过
热保护功能。
4） 余电泄放保护 因高压电路中存在大量的
容性负载， 高压电切断后， 供电回路中仍余很高的
伴随有苦痛的冲击（脱离极限）
74 50 16 10.5
强烈的冲击肌肉僵硬、呼吸困难
90 60 23 15
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
可能会心房颤动3 s
500 500 100 100
会发生心房颤动
1 375 1 375 275 275
表3 触电对身体的影响
触电现象
对身体的影响
全身痉挛
昏迷
身体组织损伤 呼吸停止、
触电猝死
瞬间内有大电流流经时出现的身体局部偶 尔跳动的现象
的泄漏电流的危害。 对
此， 规定了相应的动力
蓄电池的爬电距离， 见
图1［4］。
图1 爬电距离
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如果发生蓄电池电解液的泄漏， 爬电距离确定 如下。
1） 两个蓄电池连接端子间的爬电距离为d≥ 0.25U+5 （d— ——被测试验用动力蓄电池的爬电距离， mm； U— ——蓄电池两个连接端子间的标称电压， V）。
352 V ／ 400 Ah 384 V ／ 360 Ah 496.8 V ／ 200 Ah 540 V ／ 600 Ah 537.6 V ／ 306 Ah 550 V ／ 500 Ah 563 V ／ 300 Ah 576 V ／ 360 Ah
电伤害主要有触电和短路。 通过电流值和人体 感觉见表2， 触电对身体的影响见表3。
过分用力， 以免导致极柱螺纹滑牙。 6） 将电池箱装入车上的电池舱内， 电池箱安
装牢固。 当 电 池 组 两 端 电 压 超 过 人 体 安 全 电 压36 V时 ，
禁止用身体直接接触电池组正负端， 以免触电， 发 生意外。 3.1.2 高压线连接
应考虑线束的绝缘防护， 线束走向： 高压线不 能同低压线捆绑在一起。 高压线接头应避开油管路 接头， 防止高压线短路； 走向应该合理， 高压线不 得与安装螺栓等干涉， 并且应避开热源、 尖锐物或 旋转件； 高压线应该合理固定， 防止自由移动； 电 池间电缆连接要求正确牢靠， 不得有松动； 避免线 束磨损破损问题造成的短路、 打火等不安全事故的 发生。
我国汽车产销快速增长， 作为能源消费大国， 能源大量进口危及到国民经济正常运行和能源安 全； 必须将发展新能源汽车放在重要的战略位置， 发展 “纯电驱动” 电动汽车是我国新能源汽车技术 的发展方向［1］。 电动汽车最大的特点就是具有高电 压、 大电流的动力回路。 除了一般汽车安全要求， 还有高压电和特殊碰撞安全要求， 必须确保车辆的 运行安全、 驾乘人员安全和车辆运行环境安全， 因 此对电动汽车电安全的研究势在必行。
低压电器和电机控制器提供电源， 一旦发生故障会
造成车辆停驶。 因此， 随时监测其工作状态十分必
要， 并通过声光报警， 提醒驾驶员采取措施。
通过以上故障检测判断高压电路在运行中出现
异常情况时， 能通过仪表或指示器以声或光报警的
形式提醒驾驶员， 以便驾驶员及时处理， 同时高压
电管理系统断开高压电路， 避免发生安全事故。