[分享] 纯电动汽车的高压电系统是怎么构成的？

人们习惯称汽车12V蓄电池电压为低压，动力电池电压相对常规蓄电池来说就成了高压。电动汽车维修中，首先要知道车上的高压电种类及特点，才能做好高压电安全防护。

1）交流充电桩与车辆慢充口、慢充口与充电机之间的线束是220V交流电，充电机输入220V交流电。慢充口、慢充线束、充电机外壳、车身都设有保护地线。

2）直流充电桩与快充口、快充口与高压盒（或 PEU）、高压盒与其他高压部件之间的线束，以及动力电池、PEU、PTC 均是 200~800V 直流电，具体电压由车型而定。

3）驱动电机、空调压缩机使用的是几百伏变频三相交流电。

 

纯电动汽车高压电系统（图片来源于网络）

 

 

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高压电系统的主要组成部分

 

电机控制器、高压盒、充电机、DC/DC可以分体，如图1所示；将后三者集成后称电源分配单元（PDU），如图2所示；将四者集成后称PEU，如图3所示。因各厂家设计思路不同，因此集成方式不同，例如有的车型将高压盒与充电机集成，将DC/DC与电动压缩机控制器集成。

图1  分体式高压系统

 

 

图2 集成式高压系统 PDU（三合一） 

 

图3 集成式高压系统 PEU（四合一）

分体式高压系统的优点是更换成本低，缺点是部件多、部件间的连接线多。集成式的优点是体积小、质量轻，缺点是更换成本高。为便于初学者学习，本书以北汽新能源EV150的分体式高压系统为例进行介绍。EV150是北汽新能源最早生产的车型，虽然技术早已更新，但是可以为下一步学习打好基础。为便于记忆，本书说成“大三电”“小五电”，如图4所示，红色字是“大三电”，蓝色字是“小五电”，红色箭头是动力电池放电，黄色箭头是动力电池充电。

 

图4 大三电与小五电

 

 

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大三电   

 

 

1、动力电池

如图5所示，动力电池箱的作用如同燃油汽车的燃油箱，主要采用三元锂电池或磷酸铁锂电池。不同车型的电压为200～800V，能量为15～120kW·h；动力电池的电能来源有慢充、快充、动能回收。主要由电池包、电池管理系统（BMS）、辅助元件、外壳组成。

 

 

图5 动力电池箱

1—低压插座  2—高压+  3—高压-

4—维修开关插座  5—维修开关

 

2、驱动电机

如图6所示，驱动电机的作用如同燃油汽车的发动机，但具有动能回收功能，大多采用三相交流同步电动机，装有旋变传感器，也有些采用三相交流异步电动机。

 

 

图6  三相交流同步电动机

 

3、电机控制器

如图7所示，电机控制器的作用是将高压直流电逆变成三相交流高压电，并调整频率，主要由绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和控制器主板组成。

图7 电机控制器

 

 

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小五电   

 

 

1、高压盒

如图8所示，高压盒亦称高压分配盒、高压控制盒，作用是分配高压电，如同 12V系统的继电器盒。内部设有快充高压正、高压负继电器，有些车高压盒的内部装有 PTC 控制器。

图8  高压盒

 

2、车载充电机（OBC）

如图9所示，车载充电机的作用是为动力电池充电，内部有整流器，输入的是220V交流电，输出是高压直流电。

图9  车载充电机

 

3、直流电压变换器（DC/DC）

如图10所示，DC/DC 的作用如同燃油汽车的发电机，为全车低压电设备供电和为 12V 蓄电池充电。

图10  DC/DC

 

4、电动压缩机

如图11所示，燃油汽车由发动机传动带驱动制冷压缩机，电动汽车采用与压缩机集成的高压直流电动机或三相交流电动机驱动压缩机。

图11 电动压缩机与控制器

 

 

5、PTC

如图12所示，PTC为正温度系数热敏电阻，亦称加热器，其作用是为驾驶室加热，图12所示为空气加热器，还有一种是水加热器。

图12 空气加热器

 

 

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高压电缆

 

高压电缆分为单线制和双线制，前者用于大功率高压设备，后者用于小功率及辅助高压设备，如电动压缩机、PTC。单线制高压电缆结构如图13所示，铜导线外面包有绝缘层和屏蔽层，铜丝编织的屏蔽层连接搭铁，作用是将导线电流产生的电磁波，感应生成电压并对地短路，不使其干扰其他无线电设备和控制单元。双线制高压电缆结构如图14所示。

 

图13  单线制高压电缆

 

1—铜导线（例如横截面积 25mm²）  2—屏蔽层  3—锁止机构

 

 

图14  双线制高压电缆

 

1—两根铜导线（例如横截面积 2×4mm²）  2—屏蔽层  3—互锁电线  4—互锁插针

 

高压电缆在纯电动汽车上的应用包括：

（1）慢充电缆：如图a 所示，由慢充口至充电机，输送 220V 交流电。

（2）快充电缆：如图b 所示，由快充口至高压盒，输送高压直流电。

（3）高压盒→电机控制器电缆：如图c 所示，输送高压直流电。

（4）电机控制器→电动机电缆：如图d 所示，输送三相交流变频高压电。

 

 

图15 高压电缆

5）高压附件线束：如图16所示，高压盒通过高压附件线束分别连接充电机、DC/DC、电动压缩机、PTC。

图16  高压附件线束

 

 

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快充口、慢充口    

 

符合国家标准规定的慢充口、快充口如图17所示，各车型安装位置不统一。慢充口设有7个插孔，如图18a所示，中间三个插孔分别连接零线（N）、保护地线（PE）和相线（L）；快充口设有9个插孔，如图18b所示，中间两个插孔为左高压负极、右高压正极，下方中间插孔连接保护地线（PE）。

 

图17  慢充口、快充口

图18  慢充口、快充口插孔

 

 

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维修开关

 

维修开关亦称维修插头，如图19所示，上为维修开关，下为开关的底座；维修开关是一个带有快速熔断器的开关，有的车型将快速熔断器单独安装。熔断器的作用是防止放电过电流、能量回收过电流，一般为 250A 500V。维修开关安装在动力电池串联模组的中间，如图20所示，可以手动切断或接通高压电路，作用是维修高压系统时保证断电操作。

图19 维修开关

 

 

图20  维修开关安装位置

 

以上图文摘自机械工业出版社《纯电动汽车结构与原理（彩色图解）》