鄭傳琴

摘 要：本文通過(guò)介紹純電動(dòng)客車的高壓部件的安全性能，對(duì)電動(dòng)客車高壓系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并為電動(dòng)客車高壓下的電器設(shè)計(jì)控制提出相應(yīng)策略。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)客車 高壓部件 安全性能

1 引言

隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，傳統(tǒng)式客車和混合式客車逐漸被純電動(dòng)客車所取代，但是在純電動(dòng)客車的行駛過(guò)程中，由于純電動(dòng)客車使用了高壓電池作為動(dòng)力來(lái)源，其安全性能還有待考量。所以，隨著純電動(dòng)客車的大面積推廣和應(yīng)用，對(duì)純電動(dòng)客車高壓系統(tǒng)安全性能的控制與分析已經(jīng)是刻不容緩。

2 高壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其安全要求

2.1 高壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

就目前來(lái)說(shuō)，純電動(dòng)客車的高壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是由整車控制系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、高壓供配電系統(tǒng)等共同組成的。具體如圖1所示。其中整車控制系統(tǒng)的主要作用就是對(duì)駕駛的具體意圖進(jìn)行了解和負(fù)責(zé)，并嚴(yán)格的根據(jù)駕駛的實(shí)際需求情況為依據(jù)，來(lái)合理的控制高壓供配電系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多個(gè)不同的供電回路中，將高壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電池系統(tǒng)、主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相連接，而后在根據(jù)總線網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)電池、主驅(qū)動(dòng)以及輔助驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行狀態(tài)展開(kāi)監(jiān)控，從而確保高壓系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性。

2.2 高壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的安全要求

一般來(lái)說(shuō)電動(dòng)了車的工作電壓范圍為380-650V之間。為了能夠在一定程度上上確保駕駛?cè)藛T的與整車的安全性與穩(wěn)定性，我國(guó)政府相關(guān)部門針對(duì)高壓系統(tǒng)的安全性制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，具體如下：工作人員所能夠觸碰到的部件電壓應(yīng)該小于36V;高壓系統(tǒng)內(nèi)的所有部件絕緣防護(hù)等級(jí)需要高于500Ω/V;電動(dòng)客車所使用的電池安全標(biāo)準(zhǔn)需要符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，國(guó)家要求標(biāo)準(zhǔn)為：GB/T18384.1-2015、GB/T314673-2015等標(biāo)準(zhǔn);高壓系統(tǒng)所選擇的點(diǎn)擊和控制規(guī)格需要符合GB/T18488-2015國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);而整車則需要以GB/T18384-2015標(biāo)準(zhǔn);就整車的儲(chǔ)能裝置方面而言，其電壓必須要高于60V，并且需要具備手動(dòng)切斷的功能。

3 電動(dòng)客車高壓上電安全設(shè)計(jì)分析

雖然電動(dòng)客車在運(yùn)行上較傳統(tǒng)的汽車便捷、綠色環(huán)保許多，但是在電動(dòng)客車的高壓電上，還是存在一定的安全隱患。首先，對(duì)于電動(dòng)客車而言，電動(dòng)客車的電流與電壓十分高。在電動(dòng)客車中，大概使用的電池為300-600V的電池，而對(duì)人體安全的電池來(lái)說(shuō)，客車在出現(xiàn)漏電的情況不大于2mA，人體在觸碰到客車電氣系統(tǒng)的時(shí)候，人體體內(nèi)的電流應(yīng)該是小于2mA的。在電動(dòng)客車使用的過(guò)程中，要保證高壓電線的絕緣性，以便在出現(xiàn)漏電情況時(shí)，會(huì)對(duì)人體造成生命上的威脅。其次，電動(dòng)客車電池使用過(guò)程中可能出現(xiàn)電池過(guò)熱的現(xiàn)象。在各種原因下，最終使電動(dòng)客車的電池出現(xiàn)過(guò)熱的現(xiàn)象。而造成電池過(guò)熱的情況有：過(guò)充放電、過(guò)電流、電池過(guò)溫等原因。最后，電動(dòng)客車在運(yùn)行過(guò)程中，由于運(yùn)行環(huán)境的惡劣，有可能產(chǎn)生安全隱患。當(dāng)電動(dòng)客車在暴雨等環(huán)境下運(yùn)行的時(shí)候，可能會(huì)出現(xiàn)安全隱患，例如電池發(fā)熱失控，造成火災(zāi)、泄漏、爆炸等事故。

4 電動(dòng)客車行車過(guò)程高壓安全設(shè)計(jì)分析

4.1 電動(dòng)客車高壓回路斷路檢測(cè)

在進(jìn)行電動(dòng)客車行車過(guò)程中，要對(duì)電動(dòng)客車過(guò)程中高壓回路斷路進(jìn)行檢查。檢查的重點(diǎn)在于對(duì)高壓回路是否出現(xiàn)了線路接觸不順暢、線路斷裂情況、高壓電路是否接觸不良等，并且進(jìn)一步確認(rèn)這些情況是否造成了線路接觸點(diǎn)是否拉弧，這種情況的出現(xiàn)極易使線路出現(xiàn)更為嚴(yán)重的問(wèn)題，更甚者導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。所以，要對(duì)高壓線路連接部分進(jìn)行細(xì)致的檢查，同時(shí)對(duì)低壓回路線路特殊設(shè)計(jì)的部分進(jìn)行輔佐排查，保證線路的安全性。如若發(fā)現(xiàn)線路有接觸不良的情況，此時(shí)的低壓檢查回路也會(huì)發(fā)生著變化，那么電動(dòng)客車的控制系統(tǒng)就會(huì)停止工作，并向駕駛員發(fā)送危險(xiǎn)警報(bào)的信息，提醒駕駛員進(jìn)行電路排查工作。

4.2 電動(dòng)客車高壓系統(tǒng)絕緣檢測(cè)

在對(duì)電動(dòng)客車高壓系統(tǒng)絕緣檢測(cè)的過(guò)程中，要嚴(yán)格根據(jù)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排查工作。在國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)絕緣電阻的要求如下：最低為100Ω/V，最好是高于500Ω/V。而對(duì)于電動(dòng)客車的高壓系統(tǒng)的絕緣要求上，要在國(guó)家制定的標(biāo)準(zhǔn)之上，提升對(duì)電動(dòng)客車的要求。在客車內(nèi)配備絕緣監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)車內(nèi)的絕緣阻值進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。每當(dāng)電動(dòng)客車高壓系統(tǒng)絕緣阻值小于600Ω，那么就對(duì)駕駛員提供警報(bào)提醒，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)值反饋駕駛員前車儀表盤上，讓駕駛員或維修員及時(shí)了解客車高壓系統(tǒng)的絕緣情況;當(dāng)客車絕緣值小于 100Ω時(shí)，及時(shí)的進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)行，保證客車整車控制的運(yùn)轉(zhuǎn)停止，阻斷客車電池的消耗。

4.3 電動(dòng)客車溫度檢測(cè)分析

另外，電動(dòng)客車的溫度也是影響其安全性的重要因素。在對(duì)電動(dòng)客車溫度檢測(cè)的過(guò)程中，主要是針對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及電池箱體進(jìn)行溫度的檢測(cè)。當(dāng)前者出現(xiàn)高溫情況時(shí)，則表明在電機(jī)控制器部分出現(xiàn)了散熱不良的問(wèn)題，如果這種情況持續(xù)過(guò)久，則對(duì)整個(gè)電動(dòng)客車產(chǎn)生危害，造成安全問(wèn)題。針對(duì)溫度的不同情況進(jìn)行一個(gè)不同程度的警報(bào)系統(tǒng)設(shè)置。當(dāng)溫度高于第一級(jí)時(shí)，這時(shí)則調(diào)動(dòng)客車自身系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)功率的處理;當(dāng)溫度高于第二級(jí)別時(shí)，則需要駕駛員對(duì)車體進(jìn)行檢查。而對(duì)于車體的電池箱體進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程中，需要對(duì)其模塊的溫度過(guò)高與溫度過(guò)低提高警惕。小于設(shè)定值時(shí)，禁止對(duì)車輛充電，保證動(dòng)力電池安全。

4.4 電動(dòng)客車系統(tǒng)電壓檢測(cè)

對(duì)電動(dòng)客車系統(tǒng)進(jìn)行電壓檢測(cè)的過(guò)程中，主要是對(duì)總壓、單體電壓進(jìn)行一個(gè)檢測(cè)。而針對(duì)兩者的檢測(cè)需要從不同方面進(jìn)行。在對(duì)總壓進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，主要是通過(guò)整車控制系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)監(jiān)控，而對(duì)單體電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)沒(méi)需要進(jìn)行動(dòng)力電池不同模塊的檢查。當(dāng)電池的電壓過(guò)于大時(shí)，說(shuō)明充電時(shí)長(zhǎng)過(guò)久，需要對(duì)電池停止充電;當(dāng)電池電壓過(guò)低時(shí)，則說(shuō)明電池電量不足，需要及時(shí)的進(jìn)行充電。駕駛員要根據(jù)電動(dòng)可測(cè)系統(tǒng)的電壓檢測(cè)，及時(shí)的對(duì)電池進(jìn)行工作，保證電池的安全性運(yùn)作。

5 電動(dòng)客車高壓下電控制策略分析

5.1 正常狀態(tài)下電控制策略分析

駕駛員要針對(duì)電動(dòng)客車不同情況進(jìn)行電控制。在正常狀態(tài)下，駕駛員首先切斷客車高壓電源，那么這個(gè)時(shí)候客車的安全控制系統(tǒng)也應(yīng)隨之停止工作。在此之前，駕駛員需要對(duì)車輛狀態(tài)進(jìn)行分析，如果車體處于靜止的情況，那么這個(gè)時(shí)候需要將電機(jī)控制器關(guān)閉，使其停止運(yùn)作，并將主接觸器斷開(kāi)，然后將輔助系統(tǒng)關(guān)閉，最后再關(guān)閉總正接觸器，這樣來(lái)進(jìn)行正常狀況下的電控制。

5.2 故障狀態(tài)下電控制策略分析

在車體故障狀態(tài)下，要對(duì)電動(dòng)客車采取不同的電控制措施。而故障狀況可能是由于在電動(dòng)客車啟動(dòng)、運(yùn)行、停車等等狀態(tài)中出現(xiàn)的，一旦報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)，那么客車的安全控制系統(tǒng)就會(huì)針對(duì)故障狀態(tài)啟動(dòng)對(duì)緊急的電控制的方案。根據(jù)故障的不同程度，車體具體的嚴(yán)重等級(jí)，來(lái)進(jìn)行不同程度的供電情況，以使客車在不同情況下有不同程度的電供應(yīng)，并且實(shí)現(xiàn)各個(gè)部件在發(fā)生意外情況下的安全性。

5.3 其他策略

其實(shí)電動(dòng)客車的高壓下電設(shè)計(jì)控制策略除了正常狀態(tài)下電控制策略與故障狀態(tài)下的電控制策略以外，還有很多其他措施，例如：故障檢測(cè)與診斷功能的設(shè)計(jì)。其實(shí)故障的檢測(cè)與診斷功能能夠針對(duì)電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)當(dāng)中的所有環(huán)節(jié)展開(kāi)隨時(shí)隨地的監(jiān)控，能夠借助CAN總線的輸出獲取每個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)際狀態(tài)與分值，從而作為報(bào)警命令或者通斷指令，以此來(lái)啟動(dòng)相應(yīng)的安全保護(hù)功能，最大限度的提高電動(dòng)車的安全性與可靠性。而故障檢測(cè)和診斷功能的設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面：

第一，對(duì)主電路的互鎖工能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，想要保證高壓電路實(shí)現(xiàn)可靠的鏈接，就必須要在接通高壓電路之前完成對(duì)供電電路的檢測(cè)。

第二，針對(duì)絕緣性展開(kāi)詳細(xì)的檢測(cè)。一般來(lái)說(shuō)，電動(dòng)汽車在運(yùn)行的過(guò)程中各個(gè)部件之間經(jīng)常會(huì)發(fā)生碰撞、加壓或者摩擦的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電動(dòng)汽車的高壓電路和底盤之間的絕緣性能呈現(xiàn)大幅度的下降情況，而此時(shí)電源的正負(fù)極線路就回通過(guò)絕緣層造成漏電回路現(xiàn)象的發(fā)生。為了能夠有效的規(guī)避這一問(wèn)題，就需要在時(shí)時(shí)刻刻的對(duì)正極母線、底盤與負(fù)極母線、底盤的絕緣性能進(jìn)行檢測(cè)，只有絕緣的電阻高于100Ω/V時(shí)，才能給電動(dòng)汽車的安全性能提供保障。而針對(duì)電氣絕緣性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是提高電氣安全技術(shù)的關(guān)鍵。

第三，對(duì)溫度情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。電動(dòng)汽車在運(yùn)行的過(guò)程中需要對(duì)電池、點(diǎn)擊、控制器以及電池箱高壓的連接間溫度展開(kāi)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，一旦溫度高于正常范圍，就需要立即采取過(guò)熱保護(hù)功能降低其溫度。

第四，余電泄放保護(hù)。正常情況下高壓電路中的容性負(fù)載量較大，當(dāng)高壓電被切斷以后，供電回路中的電壓與電能并不能在短時(shí)間內(nèi)完全消失，仍然存在較高的電能和電壓，基于這樣的情況下，為了能夠減少其所帶來(lái)的危害，就不要在切斷高壓電源后，將供電回路中的多余電壓與電能以余電泄放的方式進(jìn)行保護(hù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)電動(dòng)客車高壓部件安全控制的分析，是我國(guó)進(jìn)行電動(dòng)汽車研究的基礎(chǔ)，為我國(guó)進(jìn)行更進(jìn)一步電動(dòng)客車車的發(fā)展提供了經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)電動(dòng)客車高壓系統(tǒng)安全控制的分析，保證了電動(dòng)客車的可靠性，并為電動(dòng)汽車的安全設(shè)置奠定基礎(chǔ)。

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