常州交通技師學(xué)院 施鋅濤

3 高電壓系統(tǒng)的功能

3.1 安全監(jiān)控

《電動汽車安全要求》（GB 18384—2020）根據(jù)最大工作電壓，將電動汽車的電氣元件或電路分為A級和B級2個等級，其中A級電壓電路對應(yīng)的最大工作電壓范圍為0 V~60 V（直流）、0 V~30 V（交流），B級電壓電路對應(yīng)的最大工作電壓范圍為60 V~1 500 V（直流）、30 V~1 000 V（交流）。為了防止維修人員及駕駛?cè)税l(fā)生觸電危險，B級電壓電路必須滿足較高的觸電防護(hù)要求，具備安全監(jiān)控功能，如高壓安全插頭、救援分離點(diǎn)、碰撞切斷、絕緣監(jiān)測等。

3.1.1 高壓安全插頭、救援分離點(diǎn)及安全蓄電池接線柱（SBK）

如圖28所示，高壓安全插頭是綠色的，安裝在行李廂內(nèi)右后飾蓋后面的配電器上方。松開高壓安全插頭的鎖止裝置（圖29a）后，就可以將插頭從插口中拉出一小截，這樣高電壓系統(tǒng)會自動切斷。注意：高壓安全插頭是不能與插口完全分離的，如果感覺到阻力，則不要再繼續(xù)拉出或更用力地拉拽；在維修高電壓系統(tǒng)的過程中，一定要用機(jī)械鎖將拉出的高壓安全插頭鎖止（圖29b），且將鑰匙存放在一個安全的地方，比如自己的口袋中，以避免無關(guān)人員插回高壓安全插頭，產(chǎn)生安全隱患。

圖28 高壓安全插頭的安裝位置

圖29 高壓安全插頭的拉出及鎖止方法

如圖30所示，救援分離點(diǎn)位于機(jī)組室，它是一根導(dǎo)線，名稱為總線端30碰撞信號線（KL.30C）。遇緊急情況，在標(biāo)記的位置上切斷這根導(dǎo)線，高電壓系統(tǒng)會自動切斷。救援分離點(diǎn)可以在切斷后重新修復(fù)。

圖30 救援分離點(diǎn)的安裝位置

安全型蓄電池接線柱（SBK）直接安裝在車載網(wǎng)絡(luò)蓄電池（12 V）的正極上。如圖31所示，當(dāng)車輛發(fā)生較嚴(yán)重的碰撞事故時，安全型蓄電池接線柱（SBK）會引爆，從而切斷蓄電池正極導(dǎo)線及KL.30C，使高電壓系統(tǒng)自動切斷。

圖31 安全型蓄電池接線柱（SBK）的狀態(tài)

如圖32所示，高壓安全插頭、救援分離點(diǎn)及安全蓄電池接線柱（SBK）均串聯(lián)在KL.30C電路中，因此拉出高壓安全插頭、切斷救援分離點(diǎn)或引爆安全蓄電池接線柱（SBK）均會切斷高壓蓄電池（SE16）中的主電磁接觸器（主電磁接觸器HV+、主電磁接觸器HV-及預(yù)充電接觸器）的供電（12 V），從而使高壓系統(tǒng)自動切斷，同時高壓組件聯(lián)合充電單元（CCU）和電機(jī)電子裝置（EME）的KL.30C供電（12 V）也被切斷。除此以外，根據(jù)碰撞的嚴(yán)重程度，高壓蓄電池（SE16）中的存儲器電子管理系統(tǒng)（SME）會從碰撞安全模塊（ACSM）接收到一個發(fā)生改變的脈沖寬度調(diào)制（PMW）信號，然后按順序引爆高壓蓄電池（SE16）中的燃爆式安全開關(guān)（PSS1、PSS4及PSS6），從而快速切斷高壓負(fù)極導(dǎo)線，并使聯(lián)合充電單元（CCU）和電機(jī)電子裝置（EME）中的中間電路電容器快速放電。另外，高壓安全插頭中還有插頭狀態(tài)檢測電路，該電路通往存儲器電子管理系統(tǒng)（SME），如果高壓安全插頭未安裝到位，則存儲器電子管理系統(tǒng)（SME）也會切斷高壓系統(tǒng)。3.1.2 絕緣監(jiān)測

圖32 KL.30C電路

《電動汽車安全要求》（GB 18384—2020）規(guī)定，在最大工作電壓下，直流電路的絕緣強(qiáng)度≥100 Ω/V，交流電路的絕緣強(qiáng)度≥500 Ω/V，外露可導(dǎo)電部分（高壓組件外殼）與電平臺（車身）間的連接電阻≤0.1 Ω。

在高電壓系統(tǒng)激活的情況下，存儲器電子管理系統(tǒng)（SME）中的絕緣監(jiān)測模塊每隔大約5 s在高壓正極導(dǎo)線和高壓負(fù)極導(dǎo)線之間切換絕緣監(jiān)測，即間接測量高壓正極導(dǎo)線和高壓負(fù)極導(dǎo)線與車身搭鐵之間的絕緣電阻。在沒有額外措施的情況下，通過這種方式只能在高壓蓄電池（SE16）中確定局部存在的絕緣故障，但對于在車輛中鋪設(shè)的高壓導(dǎo)線與車身搭鐵之間的絕緣故障，發(fā)現(xiàn)它們同樣也至關(guān)重要。出于這一原因，高壓組件所有導(dǎo)電的外殼都以導(dǎo)電的方式和車身搭鐵相連（電位補(bǔ)償連接），這樣一來，存儲器電子管理系統(tǒng)（SME）就可以監(jiān)測整個高電壓系統(tǒng)中的絕緣故障。

該車絕緣監(jiān)測的響應(yīng)分2種情況。如果絕緣電阻低于第1個閾值，則對人員尚不構(gòu)成直接危險。因此，高電壓系統(tǒng)會保持激活，不會輸出任何檢查控制信息，但故障狀態(tài)會保存到故障存儲器中。這樣一來，在車輛進(jìn)廠維護(hù)時，就可以引起維修人員的注意，從而對高電壓系統(tǒng)進(jìn)行檢查。如果絕緣電阻低于第2個更低的閾值，則不僅僅會進(jìn)行故障記錄，而且還會輸出一條檢查控制信息，要求駕駛?cè)饲巴蘩韽S進(jìn)行檢修。

高壓組件的所有外殼和車身搭鐵的電位補(bǔ)償連接是絕緣監(jiān)測正常發(fā)揮功能的一項(xiàng)重要前提條件，因此，如果在維修作業(yè)期間斷開了這些電氣連接，則在恢復(fù)時必須格外小心。高壓蓄電池（SE16）和聯(lián)合充電單元（CCU）采用電位補(bǔ)償螺栓（圖33）實(shí)現(xiàn)與車身搭鐵的電位補(bǔ)償連接，電動空調(diào)壓縮機(jī)（EKK）、電氣化驅(qū)動單元（EAE）和電加熱裝置采用電位補(bǔ)償導(dǎo)線（圖34）實(shí)現(xiàn)與車身搭鐵的電位補(bǔ)償連接。另外，如圖35所示，當(dāng)2個高壓組件的殼體上均出現(xiàn)危險電壓時，電位補(bǔ)償連接還能起到故障保護(hù)的作用。

圖33 聯(lián)合充電單元（CCU）的電位補(bǔ)償螺栓

圖34 電氣化驅(qū)動單元（EAE）的電位補(bǔ)償導(dǎo)線

圖35 電位補(bǔ)償連接的故障保護(hù)功能示意

3.2 高電壓系統(tǒng)的啟動和關(guān)閉

3.2.1 高電壓系統(tǒng)電路示意

該車高電壓系統(tǒng)電路示意如圖36所示。

圖36 高電壓系統(tǒng)電路示意

3.2.2 高電壓系統(tǒng)的啟動

啟動高電壓系統(tǒng)的大致過程如下。

（1）聯(lián)合充電單元（CCU）通過CAN-FD總線發(fā)送啟動高電壓請求。

（2）通過自診斷功能檢查高電壓系統(tǒng)。

（3）閉合高壓負(fù)極線路中的主電磁接觸器HV-。

（4）通過一個預(yù)充電電路提高高電壓系統(tǒng)中的電壓。

（5）閉合高壓正極線路中的主電磁接觸器HV+。

（6）斷開預(yù)充電電路。

自診斷功能檢查主要由聯(lián)合充電單元（CCU）和存儲器電子管理系統(tǒng)（SME）來完成，檢查相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)（如絕緣電阻）及所有子系統(tǒng)的運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)等。

由于高電壓系統(tǒng)具有電容很高的電容器（中間電路電容器），禁止將電磁接觸器觸點(diǎn)簡單閉合。極高的電流脈沖不僅會損壞高壓電蓄電池（SE16），還會損壞中間電路電容器和電磁接觸器的觸點(diǎn)。因此，在啟動高電壓系統(tǒng)時，首先接通預(yù)充電電路（圖37），此時，高壓負(fù)極線路中的主電磁接觸器HV-和高壓正極線路中的預(yù)充電電磁接觸器閉合，通過受預(yù)充電電阻（15 Ω）限制的接通電流為聯(lián)合充電單元（CCU）和電機(jī)電子裝置（EME）內(nèi)的中間電路電容器充電；當(dāng)中間電路電容器的電壓大約達(dá)到高壓蓄電池（SE16）電壓時，高壓正極線路中的主電磁接觸器HV+閉合，預(yù)充電電磁接觸器斷開，高電壓系統(tǒng)啟動完成。

圖37 高電壓系統(tǒng)的預(yù)充電電路

3.2.2 高電壓系統(tǒng)的關(guān)閉

高電壓系統(tǒng)的關(guān)閉分為普通關(guān)閉和快速關(guān)閉。一般情況下采用普通關(guān)閉，事故或發(fā)生故障時采用快速關(guān)閉，將高電壓系統(tǒng)中的電壓盡快降低到安全水平。

高電壓系統(tǒng)普通關(guān)閉的大致過程如下。

（1）聯(lián)合充電單元（CCU）通過CAN-FD總線發(fā)送關(guān)閉高電壓請求。

（2）將高電壓系統(tǒng)中的電流降低至0 A。

（3）斷開主電磁接觸器HV-和主電磁接觸器HV+。

（4）檢查電磁接觸器的觸點(diǎn)是否正常斷開。

（5）中間電路電容器放電。

如圖38所示，首先短接電機(jī)（EM）和電動空調(diào)壓縮機(jī)（EKK）的轉(zhuǎn)子線圈，對聯(lián)合充電單元（CCU）和電機(jī)電子裝置（EME）內(nèi)的中間電路電容器進(jìn)行主動放電，這個放電過程持續(xù)約4 ms。如果中間電路電容器不能通過電機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈放電，則會通過放電電阻進(jìn)行放電（圖39）。這個放電電阻較大，放電時間較長，最多持續(xù)約120 s。

圖38 通過電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈對中間電路電容器進(jìn)行主動放電

圖39 通過放電電阻對中間電路電容器進(jìn)行被動放電

高電壓系統(tǒng)快速關(guān)閉主要分為以下幾種情況。

（1）如圖40所示，發(fā)生事故時，存儲器電子管理系統(tǒng)（SME）先點(diǎn)燃燃爆式安全開關(guān)PSS1和PSS4（均為常閉開關(guān)），從而快速切斷高壓負(fù)極電路，然后點(diǎn)燃帶有短路電阻的燃爆式安全開關(guān)PSS6（常開開關(guān)），通過短路電阻為中間電路電容器快速放電。此過程大約為3 ms，是使高電壓系統(tǒng)斷電的最快方法。

圖40 發(fā)生事故時關(guān)閉高電壓系統(tǒng)的方法

（2）存儲器電子管理系統(tǒng)（SME）通過高壓負(fù)極電路上的電流傳感器監(jiān)測高電壓系統(tǒng)中的電流。如圖41所示，如果監(jiān)測到過高或不可靠的電流，存儲器電子管理系統(tǒng)（SME）點(diǎn)燃燃爆式安全開關(guān)PSS4，此時電流僅流過高電壓熔絲（150 A），當(dāng)電流達(dá)到一定數(shù)值時，高電壓熔絲（150 A）熔斷，從而快速切斷高壓負(fù)極電路。這種過電流斷電的優(yōu)點(diǎn)在于，高電壓熔絲（150 A）熔斷時不會產(chǎn)生電弧。

圖41 過電流時關(guān)閉高電壓系統(tǒng)的方法

（3）如果電池監(jiān)控電子設(shè)備（CSC）監(jiān)測到某個單格電池欠壓、過壓或溫度過高，則存儲器電子管理系統(tǒng)（SME）控制斷開電磁接觸器。雖然這可能會使觸點(diǎn)燒蝕，但必須執(zhí)行這樣的快速關(guān)斷，以避免單格電池?fù)p毀。

（4）高壓蓄電池（SE16）中的12 V供電發(fā)生故障，存儲器電子管理系統(tǒng)（SME）無法工作，電磁接觸器自動斷開。