电动汽车高压性能指标匹配方法研究

1电动汽车高压系统概述

电动汽车高压系统是电动汽车的核心部分，主要包括动力电池、电驱、电控以及高压配电系统（PDU，内部包含高压继电器、熔断器、电阻等器件）、电动压缩机总成（CCU）、直流直流转换器（DC/DC）、车载充电机（OBC）、PTC加热器等部件。混合动力电动汽车还包括发电机及其控制器（GCU）。

早期的电动汽车高压系统由N个独立部件组成，随着技术的进步，这些部件开始向集成化方向发展，系统的整体性能和可靠性进一步提升。高压系统组成如图1所示。

2电动汽车高压架构简介

电动汽车的高压架构指高压电气系统的组成和设计，根据整车功能、性能以及安全性等要求确定整车高压架构。按照正向设计思路，先确定整车高压架构，再进行高压部件开发、选型。高压架构需要明确动力电池和各高压部件的连接关系，主正、负接触器和预充电路的位置（在电池包内，还是在PDU内），是否配置独立高压盒（PDU），高压互锁检测的方式，以及部件之间的集成关系等（如OBC和DC/DC集成为二合一，电机控制和电机、减速器集成为电驱三合一）。图2为某车型高压架构示意图。    

对于某一车型，高压架构没有绝对的优劣，只有适合或更适合，评价的维度不同，体现的价值就不同。比如部件集成度高能够减小总体积，降低成本，但可能带来装配空间受限、售后维护成本高等问题。

3高压性能指标的设计依据及主要内容

高压系统性能指标是整车高压系统设计的重要组成部分，也是高压零部件的设计输入，并作为后续零部件和整车验收的重要依据。通过高压系统性能指标能更好地指导高压零部件开发，保障系统安全，提升系统品质，减少整车高压安全风险。

3.1高压性能指标设计依据

高压性能指标分为零部件级和整车（系统）级，高压架构中明确了高压零部件的类型和连接关系，高压性能指标从高压系统匹配、高压系统安全、高压能量管理、高压系统品质4个方面进行描述。

1）基于整车性能目标，结合系统匹配和故障处理策略等要求，分解得到高压系统匹配相关的性能指标项。    

2）基于新能源汽车安全相关的国家标准和企业标准中功能安全和高压安全内容，分解得到高压系统安全相关的性能指标项。

3）基于相关高压零部件法规要求，以及整车高压系统性能要求（充电时间、能量转换效率、热管理等），分解得到高压能量管理相关的性能指标项。

4）基于高压系统性能要求和整车性能目标，分解得到高压系统品质相关的性能指标项。

3.2高压性能指标主要内容

3.2.1高压系统匹配

根据整车动力性要求，通过动力性仿真分析，给出动力总成需求（功率、转速、扭矩等）。

根据电压匹配、动力性及续航等要求，通过动力性仿真分析，给出动力电池需求（电压、电量、充放电功率等）。

根据动力电池的电压工作范围及系统匹配要求，通过动力性仿真，结合扭矩分配策略及零部件自身的特性等，给出前后MCU的故障处理策略，相关高压线束及熔断丝的选型，以及与整车高压系统的匹配校核。

根据电池的电压工作范围及系统匹配要求，结合性能指标要求及零部件自身的特性等，给出OBC、DC/DC、PTC和CCU等的故障处理策略，高压线束及熔断丝的选型，以及与整车高压系统的匹配校核。

3.2.2高压系统安全

按照GB18384—2020《电动汽车安全要求》和GB/T43332—2023《电动汽车传导充放电安全要求》[4]中对高压安全和功能安全的要求，分解出以下指标（示例）。    

1）高压警示标识。高压零部件应具有高压警示标识，且张贴在醒目位置，标识符合规范要求，布置在湿区的标识有一定的抗侵蚀能力。

2）绝缘保护、耐压防护及电位均衡，整车高压系统及零部件需满足《电动汽车安全要求》中

5.1.4规定的间接接触防护要求。

3）主被动放电、高压互锁、IP防护及碰撞安全。

3.2.3高压能量管理

根据GB/T24347—2021《电动汽车DC/DC变换器》以及整车的经济性仿真分析要求，给出DC/DC转换性能（输出效率、电压超调量等）。

根据GB∕T40432—2021《电动汽车用传导式车载充电机》以及整车系统匹配要求，给出OBC充放电的转化性能（充放电的电流控制精度、电压控制误差等）。

3.2.4高压系统品质

根据系统开发匹配要求，给出系统上下电品质设计要求（上下电时间、继电器闭合时间等）。

根据系统开发匹配及整车性能目标VTS要求，给出高压系统外接充放电的设计要求（充电时间、充电效率等）。

4高压性能指标的试验与验证

当所有系统和零部件级的高压性能指标确定后，进行零部件设计、选型和系统集成工作。如果零部件某些参数无法达到指标要求，经专业组评审后决策是否坚持既定性能指标。若调整指标，需同步更新性能指标清单并报备。    

4.1单件测试

零部件开发完成后集成到整车之前，需要进行必要的功能和性能验证，至少应包含动力电池与BMS、驱动电机与MCU、高压配电盒、车载充电机、DC/DC转换器、电动压缩机、PTC加热器和高压线束等部件的单件测试。

测试时需要用到必要的设备（如电子负载、电阻负载、示波器、功率分析仪、绝缘检测仪、耐压测试仪和CANoe等），甚至搭建专用测试台架。这些测试对于确保电动汽车高压部件的安全性和性能至关重要，能够有效保证高压部件的性能、安全性和可靠性。具体测试项目包含但不限于以下内容。

1）动力电池与BMS测试项目：电压稳定性、电流输出、容量、充电效率等。

2）驱动电机与MCU测试项目：电流、功率、效率等。

3）高压配电盒测试项目：电压稳定性、电流输出、安全性等。

4）车载充电器测试项目：转换效率、电流输出等。

5）DC/DC转换器测试项目：转换效率、电流输出等。

6）电动压缩机测试项目：电流、功率、效率等。

7）PTC加热器测试项目：电阻、温度等。

8）高压线束测试项目：电阻、绝缘电阻等。

4.2系统测试    

单件测试确认完成后，需要进一步验证高压部件集成到整车上后相互之间的关联和影响。因此需要通过系统测试进一步对系统级的性能指标进行测试验证。

系统测试主要包含：整车电源分配测试、整车电压跳变测试、能量管理测试和电气安全测试。

1）整车电源分配测试：验证电源系统中各个电路保护器件及其所在电气回路的电气工作特性，确保满足技术要求。

2）整车电压跳变测试：模拟整车环境下各种典型的电压变化，测试各系统和功能的工作情况。3）能量管理测试：①DC/DC变换器测试，评估恒流输出和恒压输出特性的DC/DC变换器的控制精度和额定功率；②能量消耗率测试，测量动力蓄电池充满电后的续驶里程试验期间的能量消耗率。4）电气安全测试：①电位均衡测试，最小化电气设备外露可导电部分之间的电位差，确保阻值小于0.1Ω；②绝缘测试，测试电路绝缘电阻，确保满足相关标准。

5总结与展望

本文介绍了电动汽车高压性能指标的匹配方法，列举了具体性能指标项，旨在明确电动汽车设计开发过程中高压性能的匹配方法，确保电动汽车的高压部件在各种条件下都能正常工作并具有良好的性能。

随着新材料的研究应用（如高性能绝缘材料），高压电气安全性将进一步提升；更优的控制策略和算法，进一步提升高压部件的性能和效率。建立可靠性模型，预测高压部件的寿命和故障概率，提前暴露安全隐患。总之，电动汽车高压性能指标将继续受到研究和发展的关注，以推动电动汽车技术的进步。    

文章来源：赛力斯汽车有限公司