纯电动汽车高压电气系统安全设计
纯电动矿用卡车电气系统设计
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计纯电动矿用卡车电气系统设计贺志超诺浩科技沈阳有限公司 辽宁省沈阳市 110020摘 要： 本文主要介绍了纯电动矿用卡车电气系统的设计，车辆电气系统主要包括动力电池系统及管理系统、高压配电系统、仪表显示系统、主驱动和辅助驱动系统的设计及整车控制系统的设计，各控制系统之间通过CAN总线进行通讯，整车控制器VCU实时采集车辆各种数据信息，协调各系统控制，实现车辆高压上下电，驾驶员意图判断、动力输出控制、下坡定速巡航功能、辅助驱动系统控制、车辆热管理系统控制、车辆故障分级判断及处理等功能，保证车辆起步平稳、换挡平顺并兼顾车辆动力性能。
关键词：纯电动 矿用卡车 电气系统 控制策略 设计1 引言90吨矿用卡车是一种非公路型、短距离物料运输自卸车，适用露天矿山开采以及石料、冶金、水利、水泥、建筑等行业掘点和卸矿点间的物料运输。
其运行场景具有坡度大、运程短、载荷变化大、线路相对固定、工况复杂的典型特点。
针对这种特殊的工况，传统燃油车具有油耗高、维护成本高、寿命较短等缺陷[1]。
纯电动宽体自卸车使用动力电池、驱动电机代替了原有的柴油发动机和手动变速箱方案，车辆平路和下坡时，电机工作在回馈制动状态将制动能量转换为电能为动力电池充电，既能够减少机械刹车的使用，延长刹车系统的寿命提升车辆安全性，又能增加车辆的续航里程。
纯电动宽体自卸车主要部件基本免维护、防护等级高，特别适用于矿山工况恶劣的场合[2]。
2 电动矿用卡车高压系统结构电动矿卡主要使用电动部件代替了原有的发动机传动方案，电动矿卡高压部件主要包括动力电池、高压配电单元PDU、直流快充接口、多合一控制器、冷暖空调（电动压缩机和PTC加热器）、转向助力泵、气泵、电池加热和冷却装置，车辆高压系统结构如图１所示：图１ 高压系统架构动力电池1动力电池2直流快充接口高压配电单元转向控制打气泵多合一控制器电池加热冷暖空调整车低压电路驱动电机24V电池电池冷却V● 动力电池动力电池是电动矿卡中能源供给装置，需要给整车所有系统提供电能。
新能源汽车高压系统的安全与防护
05 高压系统维护与 保养
定期检查项目
高压线束和连接器的检查
检查高压线束和连接器的外观是否有损坏或老化现象，确保连接 良好，无松动或脱落。
高压部件的绝缘性能检测
使用专用绝缘测试仪器对高压部件进行绝缘性能检测，确保绝缘性 能良好，防止漏电或短路。
高压系统的密封性检查
检查高压系统的密封件是否完好，确保无泄漏现象，防止高压气体 或液体外泄。
04 高压系统故障诊 断与处理
故障诊断方法
仪器诊断
01
使用万用表、示波器等专用工具对高压系统进行检测，判断是
否存在故障。
经验诊断
02
根据维修人员的经验，通过听、看、闻等方式判断高压系统的
工作状态。
数据流诊断
03
通过读取车辆控制单元中的数据流，分析高压系统的工作参数
，判断是否存在异常。
常见故障类型及处理措施
高压系统作用
高压系统是新能源汽车动力系统 的核心，为电动机提供驱动电能 ，实现车辆的行驶、加速、减速 等功能。
高压系统组成与原理
高压系统组成
主要包括电池组、电机控制器、高压配电盒、充电接口、高压导线等部件。
高压系统原理
电池组提供电能，通过高压导线传输至电机控制器，电机控制器根据车辆行驶 需求控制电机的运转，实现车辆驱动。同时，高压配电盒负责电能的分配和管 理，确保各部件正常工作。
03 高压系统安全防 护措施
绝缘防护措施
使用高绝缘性能的材料
在高压系统的关键部位，如电池包、 电机、逆变器等，采用具有高绝缘性 能的材料进行包裹和隔离，以防止电 流外泄。
绝缘监测
绝缘耐压测试
在车辆出厂前和维修过程中，对高压 系统进行绝缘耐压测试，确保系统的 绝缘性能符合要求。
2024版年度新能源汽车高压安全与防护教案完整版
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紧急情况下的处理措施
01
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立即切断电源
在发现高压系统异常或事故时， 应立即切断电源，防止事故扩
大。
疏散人员
将现场人员疏散到安全区域， 避免触电或其他安全事故发生。
使用绝缘工具
在处理高压系统事故时，应使 用绝缘工具进行操作，防止触
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03
新能源汽车高压系统组成与工作原理
2024/2/3
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高压电池组成及工作原理
高压电池种类与特点
介绍锂离子电池、镍氢电池等常见新能源汽车高压电池的种类及其 特点。
高压电池结构
详细阐述高压电池的内部结构，包括正负极材料、隔膜、电解液等 组成部分。
工作原理
解释高压电池在充放电过程中的工作原理，以及电池管理系统（BMS） 对电池状态进行监控和管理的机制。
高压部件布局
将高压部件布置在车身结构较为安 全的区域，避免在碰撞时受到直接 冲击，同时采用防护罩、绝缘材料 等进行隔离保护。
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电气设备安全防护设计
高压电气系统隔离
采用高压电气系统隔离技 术，将高压电路与车身、 底盘等隔离，避免漏电、 短路等安全隐患。
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高压部件绝缘保护
对高压部件进行绝缘处理， 如使用绝缘材料包裹、喷 涂绝缘漆等，提高电气系 统的绝缘性能。
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充电系统组成及工作原理
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充电系统种类
介绍新能源汽车的充电方式，包括慢充、快充、无线充电等。
02
组成结构
详细阐述充电系统的内部组成，包括充电口、充电线路、充电桩等部分。
PHEV车型高压互锁方案设计及分析
PHEV车型高压互锁方案设计及分析PHEV车型高压互锁方案设计及分析随着新能源汽车的推广，PHEV车型也越来越受到人们的关注。
PHEV（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）车型需要有一个高压互锁保护系统，以保证人身安全和车辆性能稳定。
本文将介绍一种高压互锁方案的设计及其分析。
1. 方案设计该高压互锁方案的设计是在车辆高压电系统的电池组、充电机和电机控制系统之间，安装一个高压互锁开关。
这个高压互锁开关将在车辆高压电系统的电压超过一定值时自动打开，并在电压降至安全值以下时关闭。
该高压互锁开关可以通过车辆中央控制单元（ECU）来控制。
在车辆启动时，ECU将检测高压互锁开关的状态。
如果高压互锁开关关闭，车辆将可以正常运行。
但如果高压互锁开关打开，ECU将禁用车辆的高压电系统。
这样做可以防止电流在电路中流动，保障人员和车辆安全。
2. 方案分析该方案旨在保护车辆高压电系统，确保人员和车辆安全。
该高压互锁开关能够自动检测电压值，并在电压超过安全值时打开，从而防止电流在电路中流动。
与此同时，在电压降至安全值以下时，高压互锁开关将关闭，使电流可以继续流动，以保证车辆正常运营。
与其他保护方案相比，该方案具有下列优点：（1）可靠性高。
该方案使用一个高压互锁开关来限制电路中的电流，从而保证人员和车辆的安全。
互锁开关的自动检测功能可以及时地发现电路中存在的问题，有效的防止电压超过安全值。
（2）成本低。
该方案采用了单一传感器和高压互锁开关，比其他方案的成本更低。
(3)易于维护。
该高压互锁开关可以与车辆中央控制单元进行通信，便于对系统进行维护和故障排除。
需要注意的是，该方案在实际应用过程中，应考虑电路的复杂性和电压的波动范围。
在设计和安装过程中，需要遵循相应的规范和安全标准，以确保高压互锁方案的有效性和安全性。
总之，PHEV车型高压互锁方案是一个关键的保护措施，用于确保车辆和人员的安全。
该方案采用了可靠的基础结构，成本低，易于维护，值得在新能源汽车的发展中得到更广泛的应用。
纯电动汽车高压回路安全监测系统设计
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａｉ ｍｉ ｎ ｇ ａ ｔ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ｈ ｉ ｇ ｈ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｉ ｒ ｎ ｇ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｕ ｒ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ， ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｉ ｒ ｎ ｇ ， ｐ ｒ ｅ — ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｉ ｎ ｇ ， ｈ ｉ ｇ ｈ ＆ ｌ ｏ ｗ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｈ ｉ ｇ ｈ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｌ ｏ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｇ ｈ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｗｅ ｒ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｅ ｄ． ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｉｎ ｒ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ
新能源汽车高压安全设计及检验
一、信息收集
（二）高压互锁系统 1.宝马i3电动汽车高压互锁系统
宝马i3电动汽车高压互锁系统如 图3-1所示。
图3-1 宝马i3电动汽车高压互锁系统 1-高电压安全插头(“售后服务时断开连接”)；2-前部熔断丝支架；3-安全型蓄电池接线柱SBK；4-12V蓄电池；
5-智能型蓄电池传感器IBS；6-碰撞和安全模块ACSM；7-高电压蓄电池单元；8-蓄能器管理电子装置SME； 9-蓄能器管理电子装置内用于高电压触点监控检测信号的信号发生器；10-蓄能器管理电子装置内用于高电压触点监
一、信息收集
（一）宝马电动汽车高压绝缘监控系统的工作原理
在电动车辆中，高压电的正负两极与车身绝缘，因此，通过测量高压电的 正负两极与车身之间的电压就可以判断出是否存在绝缘故障。
安全盒S-BOX在高电压系统启用期间通过定期（约每隔5s）测量电阻两端 的电压进行绝缘监控（间接绝缘监控），安全盒S-BOX通过局域 CAN 将相关 结果发至高压电池管理单元（SME控制单元），并对这些测量结果进行分析。 在此车辆搭铁作为参考电位使用，因此为了确保测量准确，防止因存在电势差 而造成的触电危险，在高压组件的外壳或者可导电的外盖等部件之间都必须采 用等电位导线与车身支架相连的方式，以达到等电位的效果。在欧盟， ECER100中针对等电位也作出了相关规定，要求高压组件外壳至车身任一点之 间的电阻不大于0.10Ω。只有在各高压部件都满足等电位要求的情况下，这种 监控方式才能确定所有高压组件出现的绝缘故障。
电动汽车高压电安全分析与设计方案研究
电动汽车高压电安全分析与设计方案研究摘要：电动汽车主要是以车载电源为动力，利用电机驱动车轮行驶，并且电动汽车对周围环境不会造成太大的影响。
但是，在电动汽车发展的过程中，安全成为重点关注的一项内容。
本文针对高压电系统，对电动汽车安全以及设计方案的相关内容，进行了分析和阐述，其目的就是保证电动汽车行驶的安全性和稳定性，促进其行业发展的进程。
关键词：电动汽车；高压电；安全；设计方案；电动汽车的车载电源是以动力蓄电池和电动机为主，电压可以达到几百伏，这样电动汽车高压电系统危险性也相对较高，一旦发生短路的现象，就会影响驾驶人员的生命安全。
因此，为了保证电动汽车行驶稳定性，不仅需要对电动汽车高压电安全有着一定的了解，还需要针对电动汽车高压电系统的运行状态，构建完善的安全设计方案，以此保证电动汽车高压电运行的有效性，保证电动汽车处于稳定的行驶状态，为其行业发展给予一定的支持。
1、电动汽车高压电安全分析图1为电动汽车高压电系统，一般情况下将高电压系统划分成两个方面，1、电动汽车自身的高压系统、主要是由驱动动力、电动助力转向和车载空调动力等方面组成；2、电动汽车充电高压电系统，主要是由电网获取电能，并且将电能储存在动力电池中。
这样看来，电动汽车高电压系统结构相对较为复杂，产生故障的频率也相对较高，因此保证电动汽车高电压安全是非常必要的。
1.1在电动汽车高压电安全分析的时候，可以利用为物理隔离的方式，例如：绝缘线缆、绝缘外壳发等方面。
但是，在这样的情况下，电动汽车高压电安全保护效果会逐渐弱化，发生安全事故的概率还是相对较高。
因此，为了保证电动汽车高压电系统的安全性，需要对电气绝缘性进行全面监测，利用有效的措施降低安全保护弱化的现象。
同时，需要定期对电动汽车高压电系统机进行保养和维护，并且需要设置相应的保护措施，表面驾驶人员与电动汽车高压电系统产生接触，受到点电击的伤害。
另外，在电动汽车高压电系统安全分析的时候，可利用其它一些的有效的安全防护措施，以此提升电动汽车高压电系统的安全性，例如：电压自动断开开关、手电断开开关、互锁、电位联结等方面。
2新能源汽车高压安全
IT网络系统要求高压用电设备要等电位联结， 等电位联结是将电气装置外露的金属及可导电部 分与人工或自然接地体同导体连接起来，以达到 减少电位差，称为等电位联结。
注意：高压部件的等电位联结螺栓的扭紧力矩 应符合维修手册标准要求，没有正确拧紧电位补 偿螺栓会造成生命危险。再次安装时，需要彻底 清洁螺栓接触面以及螺纹孔内部，按照标准拧紧 扭矩拧紧电位补偿螺栓，并让另一个人检查扭矩， 两位人员在文档上进行记录和签名。
高压电缆屏蔽
因为新能源车高压和大的交流产生的 电磁场干扰，以及电器元器件的快速 通断产生的电磁干扰，考虑到电磁干 扰的因素，整个高压系统均由屏蔽层 全部包覆。
高压线束采用橙色线缆并用橙色波纹管对其进行防护。 同时高压连接器也标识为橙色，起到警示作用。 高压连接器防护等级设计要求满足IP67，保证防尘和涉水安全。 IP指防护安全级别，IP后的第一个数字为固态防护等级，第二个数字为液态防护等级
B级电压的电能存储系统，应标记的符号。符号的底色为黄色，边框和箭头为黑色。 B级电压电路中电缆和线束的外皮应用橙色加以区别
基本防护方法
单点失效保护
电容耦合保护 漏电保护
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新能源汽车
安全设计
01
高压设备安全设计
基本防护方法
动力电池模组框架保护 承受700MPA压力
高压电缆连接
高压正极和高压负极使用各自单独的 高压电缆（高压线），高压正极和高 压负极通过各自单独的导线与高压部 件相连接，车身不用作搭铁
动力电池充电提醒灯
动力电池绝缘报警灯
12V蓄电池充电指示灯
乘员远离车辆报警灯
动力电池内部故障报警灯
动力系统报警灯
电动机故障灯
0 3
新能源汽车
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纯电动汽车电气系统安全分析
纯电动轿车 电气系统
低压电气系统 高压电气系统
CAN
12V 电池 各控制器供电 灯光照明系统
娱乐系统
控制器通讯
高压电池 HV BATTERY 电驱动系统 IPS
车载充电系统 OBC 高低压直流变换器 DCDC
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高压电气系统安全设计
故障检测与故障处理方法
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》。
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高压电气系统安全设计
高压系统余电放电保护设计
由于高压系统的电机控制器和电动空调等高压部件存在大量的电容。当高压主回路断开时，因高压部件 电容的存在，高压系统中还存有很高的电压和电能。为避免对人员和汽车造成危害，在切断高压系统后 应将电容的高压电通过并联在高压系统中的电阻释放掉。
电动汽车高压电气系统安全设计概述
高压系统构成 高压电气安全系统的总目标
静止停放时安全管理概述 碰撞安全概述
高压电气系统安全设计
高压电电磁兼容性设计 高压部件和高压线束的防护与标识设计 预充电回路保护设计 高压设备过载/短路保护设计 故障检测与故障处理方法 高压系统余电放电保护设计
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电动汽车高压电气系统安全设计概述
高压电气安全系统的总目标
确保纯电动汽车在静止、运行及充电等全过程的高压用电安全
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电动汽车高压电气系统安全设计概述
高压电气安全系统的总目标
确保纯电动汽车在静止、运行及充电等全过程的高压用电安全
功率分配单元PDU 高压空调压缩机 HV A/C
高压暖风单元 HV PTC
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Index
纯电动汽车电气系统安全分析
电动汽车高压电气系统安全设计概述
高压系统构成 高压电气安全系统的总目标
静止停放时安全管理概述 碰撞安全概述
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高压电气系统安全设计
故障检测与故障处理方法
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
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高压电气系统安全设计
高压设备过载/短路保护设计
当汽车高压附件设备发生过载或线路短路时，相关高压回路应能自动切断供电，以确保高压附件设备不 被损坏，保证汽车和驾乘人员的安全。因此在高压系统设计中应设置过载或短路的保护部件，如在相关 回路中设置保险和接触器，当发生过载或短路而引起保险或接触器短路时，高压管理系统会通过对接触 器触点和相关控制接触器闭合的有效指令进行综合判定，若检测出相关电路故障，高压管理系统会发出 声光报警以提示驾驶员
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高压电气系统安全设计
高压部件和高压线束的防护与标识设计
高压部件的防护主要包括防水、机械防护及高压警告标识等。尤其是布置在机舱内的部件，如电机及其 控制系统、电动空调系统、DC/DC 电压转换器、车载充电机等及它们中间的连接接口，都需要达到一定 的防水和防护等级。并且高压部件应具有高压危险警告标识，以警示用户与维修人员在保养与维修时注 意这些高压部件。 由于纯电动汽车线束包括低压线束与高压线束，为提示和警示用户和维修人员，高压线束应采用橙色线 缆并用橙色波纹管对其进行防护。同时高压连接器也应标识为橙色，起到警示作用，并且所选高压连接 器应达到 IP67 防护等级。
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高压电气系统安全设计
预充电回路保护设计
因为高压设备控制器输入端存在大量的容性负载，直接接通高压主回路可能会产生高压电冲击，故为避 免接通时的高压电冲击，高压系统需采取预充电回路的方式对高压设备进行预充电。
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静止停放时安全管理概述
静止停放时安全管理
汽车静止停放时，每隔一定时间（20 s 或 30 s）高压安全管理系统需对高压电网系统进行 1 次绝缘测量， 即判别高压电网系统有无绝缘故障，整个高压回路系统包括动力电池内部、动力线、电驱动系统（电机 控制器和电机三相线）及连接高压设备附件的导线。当检测到有绝缘故障且故障一直存在时，仪表便会 显示绝缘故障指示，以提示驾驶员。
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Index
纯电动汽车电气系统安全分析
电动汽车高压电气系统安全设计概述
高压系统构成 高压电气安全系统的总目标
静止停放时安全管理概述 碰撞安全概述
高压电气系统安全设计
高压电电磁兼容性设计 高压部件和高压线束的防护与标识设计 预充电回路保护设计 高压设备过载/短路保护设计 故障检测与故障处理方法 高压系统余电放电保护设计
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。
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高压电气系统安全设计
故障检测与故障处理方法
高压电气系统安全设计
高压电电磁兼容性设计 高压部件和高压线束的防护与标识设计 预充电回路保护设计 高压设备过载/短路保护设计 故障检测与故障处理方法 高压系统余电放电保护设计
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电动汽车高压电气系统安全设计概述
高压电气系统安全设计
高压电电磁兼容性设计 高压部件和高压线束的防护与标识设计 预充电回路保护设计 高压设备过载/短路保护设计 故障检测与故障处理方法 高压系统余电放电保护设计
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Index
纯电动汽车电气系统安全分析
高压系统架构
AC Charging
port
DC Charging
port
OBC
HV PTC FRONT
HV PTC REAR
Diff Speed reducer
PDU
Inverter Motor
DCDC
12V
12V Battery
HV AC
BMS HV Battery
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高压电气系统安全设计
高压电电磁兼容性设计
由于纯电动汽车上存在高压交流系统，具有较强的电磁干扰性，因此高压线束设计时电源线与信号线尽 量采用隔离或分开配线；电源线两端考虑采用隔离接地，以免接地回路形成共同阻抗耦合将噪声耦合至 信号线；输入与输出信号线应避免排在一起造成干扰；输入与输出信号线尽量避免在同一个接头上，如 不能避免时应将输入与输出信号线错开放置。
纯电动汽车高压电气系统安全设计
Vince Wang EV – POWERTRIN SYSTEM & CONTROL
2019 - 02 – 01 ICONIQ MOTORS
Index
纯电动汽车电气系统安全分析
电动汽车高压电气系统安全设计概述
高压系统构成 高压电气安全系统的总目标
静止停放时安全管理概述 碰撞安全概述
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高压电气系统安全设计
故障检测与故障处理方法
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