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纯电动汽车高压电气系统故障检测与故障处理方法
2019-04-06 10:32:28· 来源：电动知家
相对于传统汽车而言，纯电动汽车采用了大容量、高电压的动力电池及高压电机和电驱动控制系统，并采用了大量的高压附件设备，如：电动空调、PTC 电加热器及 DC/DC
相对于传统汽车而言，纯电动汽车采用了大容量、高电压的动力电池及高压电机和电驱动控制系统，并采用了大量的高压附件设备，如：电动空调、PTC 电加热器及 DC/DC 转换器等。由此而隐藏的高压安全隐患问题和造成的高压电伤害问题完全有别于传统燃油汽车。
根据纯电动汽车的特殊结构及电路的复杂性，并考虑纯电动汽车高压电安全问题，必须对高压电系统进行安全、合理的规划设计和必要的监控，这是电动汽车安全运行的必要保证。因此，在绝缘电阻、电压、电流、高压接触器触点、高压互锁回路、充电互锁的检测与故障处理方面尤其重要。
1）、绝缘电阻故障处理
电动汽车电气化程度相对传统汽车要高，其中像电池包、电驱动系统、高压用电辅助设备、充电机及高压线束等在汽车发生碰撞、翻转及汽车运行的恶劣环境（汽车振动、外部环境湿度及温度）影响下，都有可能导致高压电路与汽车底盘间的绝缘性能降低，由此可能造成汽车火灾的发生，直接影响汽车驾乘人员的生命安全。因此，在电动汽车高压系统设计时，首先应确保绝缘电阻值大于 100 Ω/V；其次当汽车发生绝缘电阻值低于规定值时，高压管理系统应及时切断所有的高压回路并发出声光报警，并持续一定时间待原先故障消失后，汽车才能允许进行下一次上电。高压电路进行绝缘检测具体实施标准参照国标《电动汽车安全要求第 1 部分：车载储能装置》。
2）、电压检测与故障处理
纯电动汽车的动力来源是动力电池，动力电池的电压与其放电能力和放电效率有很大的关系。当动力电池电压处于低电压时仍大电流放电，将会损坏高压用电设备并会严重影响电池使用寿命。当检测到电压过高或过低时，应及时切断相关回路。因此为了保障纯电动汽车在动力蓄电池低压时用电器及动力蓄电池和驾乘人员的安全，需要设计电压检测电路对高压电路系统工作电压进行实时准确的检测和安全合理的故障处理
3）、电流检测与故障处理
汽车由于受到运行道路环境及驾驶员操控的影响，汽车运行状态会随时发生变化，动力电池的放电电流会随驾驶员的操控而发生明显变化。当电流超过预设定的允许范围，就会引起温度过分升高，此时不仅影响电池的寿命，而且极端情况下还会引起异常的反应，造成汽车功率器件的损坏，危及汽车高压系统安全。因此，这就要求高压管理系统需对动力电池实时进行电流监控，当检测到电流异常时，高压管理系统将会及时切断所有高压回路并发出声光报警，提示驾乘人员和其他汽车。为了提高测量的准确度和精确度，文章选取霍尔式电流传感器对动力电池充放电电流进行检测。
图3 霍尔式电流传感器原理图
4）、高压接触器触点状态检测与故障处理
为实现纯电动汽车的控制功能和高压电路的可自行切断保护功能，在电动汽车的高压系统中必须配置可控制的并且有自我保护切断高压回路功能的高压接触器。根据整车设计的需求，任何电动汽车在动力主回路中都会配置高压接触器，如果高压接触器触点发生闭合或断开失效时，没有相应的正确处理方式应对，将有可能引起不正常的控制而造成汽车不能正常启动或不能启动。严重的情况下，将会给汽车和人身安全造成危险。鉴于上述问题的严重性，应对高压接触器触点状态进行安全有效的实时监控，并对故障进行处理。当高压接触器触点发生闭合或断开失效故障时，高压管理系统会发出声光报警，以提示操作人员并根据故障的级别控制汽车是否可进行其他操作。
5）、高压互锁回路检测及故障处理
高压回路互锁功能设计是针对高压电路连接的可靠程度提出的。危险电压闭锁回路也称为高压互锁回路（HVIL）,它是一个典型的互锁系统，通过使用电气的信号，来检查整个模块、导线及连接器的电气完整性 。当高压安全管理系统检测到某处连接断开或某处连接没有达到预期的可靠性时，安全管理系统将直接或通过整车控制器切断相关动力电源的输出并发出声光报警,直到该故障完全排除。
图4 高压互锁电路检测原理图
6）、 充电互锁检测及故障处理
出于安全考虑，充电时，整个驱动系统都需要处于断电状态，即驱动系统高压接触器需处于断开状态，当高压安全管理系统接收到有效的充电信息指令后，高压管理系统首先检测驱动系统相关接触器是否处于断开状态。若处于断开状态则闭合充电回路相关接触器。否则，充电接触器将不会闭合，高压管理系统将发出声光报警以提示相关人员，直至故障排除。
根据纯电动汽车的特殊结构及电路的复杂性，并考虑纯电动汽车高压电安全问题，必须对高压电系统进行安全、合理的规划设计和必要的监控，这是电动汽车安全运行的必要保证。因此，在绝缘电阻、电压、电流、高压接触器触点、高压互锁回路、充电互锁的检测与故障处理方面尤其重要。
1）、绝缘电阻故障处理
电动汽车电气化程度相对传统汽车要高，其中像电池包、电驱动系统、高压用电辅助设备、充电机及高压线束等在汽车发生碰撞、翻转及汽车运行的恶劣环境（汽车振动、外部环境湿度及温度）影响下，都有可能导致高压电路与汽车底盘间的绝缘性能降低，由此可能造成汽车火灾的发生，直接影响汽车驾乘人员的生命安全。因此，在电动汽车高压系统设计时，首先应确保绝缘电阻值大于 100 Ω/V；其次当汽车发生绝缘电阻值低于规定值时，高压管理系统应及时切断所有的高压回路并发出声光报警，并持续一定时间待原先故障消失后，汽车才能允许进行下一次上电。高压电路进行绝缘检测具体实施标准参照国标《电动汽车安全要求第 1 部分：车载储能装置》。
2）、电压检测与故障处理
纯电动汽车的动力来源是动力电池，动力电池的电压与其放电能力和放电效率有很大的关系。当动力电池电压处于低电压时仍大电流放电，将会损坏高压用电设备并会严重影响电池使用寿命。当检测到电压过高或过低时，应及时切断相关回路。因此为了保障纯电动汽车在动力蓄电池低压时用电器及动力蓄电池和驾乘人员的安全，需要设计电压检测电路对高压电路系统工作电压进行实时准确的检测和安全合理的故障处理
3）、电流检测与故障处理
汽车由于受到运行道路环境及驾驶员操控的影响，汽车运行状态会随时发生变化，动力电池的放电电流会随驾驶员的操控而发生明显变化。当电流超过预设定的允许范围，就会引起温度过分升高，此时不仅影响电池的寿命，而且极端情况下还会引起异常的反应，造成汽车功率器件的损坏，危及汽车高压系统安全。因此，这就要求高压管理系统需对动力电池实时进行电流监控，当检测到电流异常时，高压管理系统将会及时切断所有高压回路并发出声光报警，提示驾乘人员和其他汽车。为了提高测量的准确度和精确度，文章选取霍尔式电流传感器对动力电池充放电电流进行检测。
图3 霍尔式电流传感器原理图
4）、高压接触器触点状态检测与故障处理
为实现纯电动汽车的控制功能和高压电路的可自行切断保护功能，在电动汽车的高压系统中必须配置可控制的并且有自我保护切断高压回路功能的高压接触器。根据整车设计的需求，任何电动汽车在动力主回路中都会配置高压接触器，如果高压接触器触点发生闭合或断开失效时，没有相应的正确处理方式应对，将有可能引起不正常的控制而造成汽车不能正常启动或不能启动。严重的情况下，将会给汽车和人身安全造成危险。鉴于上述问题的严重性，应对高压接触器触点状态进行安全有效的实时监控，并对故障进行处理。当高压接触器触点发生闭合或断开失效故障时，高压管理系统会发出声光报警，以提示操作人员并根据故障的级别控制汽车是否可进行其他操作。
5）、高压互锁回路检测及故障处理
高压回路互锁功能设计是针对高压电路连接的可靠程度提出的。危险电压闭锁回路也称为高压互锁回路（HVIL）,它是一个典型的互锁系统，通过使用电气的信号，来检查整个模块、导线及连接器的电气完整性 。当高压安全管理系统检测到某处连接断开或某处连接没有达到预期的可靠性时，安全管理系统将直接或通过整车控制器切断相关动力电源的输出并发出声光报警,直到该故障完全排除。
图4 高压互锁电路检测原理图
6）、 充电互锁检测及故障处理
出于安全考虑，充电时，整个驱动系统都需要处于断电状态，即驱动系统高压接触器需处于断开状态，当高压安全管理系统接收到有效的充电信息指令后，高压管理系统首先检测驱动系统相关接触器是否处于断开状态。若处于断开状态则闭合充电回路相关接触器。否则，充电接触器将不会闭合，高压管理系统将发出声光报警以提示相关人员，直至故障排除。
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