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2019年01月30日 | 电动汽车 电控系统的高压安全措施
2019-01-30 来源：eefocus
电动汽车的动力电池都是高压系统，有144V、320V、540V的平台。根据相关标准（ISO6469/GBT18384），高于60VDC和30VACrms的B级电压都有人身危险，需要保持足够的绝缘电阻。
理想情况下，车上的高压系统都是跟底盘良好绝缘的，但是如果发生撞车，或者电池包破损电解液泄露，或者电控系统破裂，或者绝缘老化，或者车辆进水，或者售后维修等场景，就增加了人员触电的风险。
那电控系统有哪些措施能增强高压安全呢？通常有这些办法：
直流母线电容的主动放电；
监控高低压的绝缘电阻；
开盖检测；
高压互锁；
过压检测
主动短路
增强耐压等级
直流母线电容的主动放电
当整车或电控系统发生故障后，BMS会断开主接，将电池和电控系统进行分离，但此时电控系统内的直流母线电容上仍然有高压存在。如今母线电容通常采用薄膜电容，其漏电流很小，自身放电很慢，所以为了安全，需要外界电路帮助其快速放电。放电后电压应降到50Vdc以下，残余的能量低于0.2J，放电时间要求5~60s（国内好多主机厂要求1~2s内）。
通常在如下四种场景下需要主动放电：
撞车；
高压端子断开；
电控开盖；
每次钥匙下电；
电容要实现主动放电，只能在其两端并联上电阻，将电容能量通过电阻发热的形式耗散掉。
一种常用的方法就是通过电控系统，将电容并联到电机的定子电阻上。通常电机定子电阻很小，放电很快，而且电机热容大，温升小。但如果电机和电控的端子断开，或者电控的功率器件坏了，或者电机旋变坏了，就不能通过电机主动放电了。
所以较安全的方法就是电控内部放置泄放电阻，耗散掉电容上的能量，如下图所示。通过mosfet电路，串联进泄放电阻。为了防止主接粘粘，造成持续的放电，损坏电阻和mos电路，应采用PTC电阻。PTC电阻随着温度的增加而增加，会减小放电电流。
绝缘电阻检测
人体触电的危险取决于触电电流和触电时间。下图中横坐标是触电电流（mA），纵坐标是触电时间（ms），对于高于AC-2的交流触电和DC-2的直流触电，都是有人身危险的。
所以标准要求绝缘电阻应大于500Ω/Vac和100Ω/Vdc，保证触电电流小于2mAac或10mAdc。
如今电动汽车上都装有绝缘检测仪，其原理是通过在高压和低压间，切换不同的串并联电阻，检测相应点的电压变化，来计算绝缘电阻。
开盖检测
该功能主要用于降低售后维修人员触电风险。一旦电控检测到盖子打开，应进入安全状态，不允许允许，并将内部直流母线电容放电。
实现方法也很简单，通过一个单刀双掷开关，在关盖和开盖下，分别给控制器输入不同的高低电平。
高压互锁
车上很多电气设备之间会通过电缆和端子连接，端子的接插不牢靠、或者售后维修过程中忘记插入，都会造成潜在的危害。
电动汽车上采用高压互锁的机制来应对，就是通过一根线将车上所有的高压端子串联起来，如下图所示，线上可以是电流源信号或PWM电压信号。如果回路中任何一处断开，或者接触不良，就应采取安全措施。此时应断开主接，主控系统主动放电，并避免再次运行。
在电控系统内部，也应监控自身的所有高压端子状态（主要是电池正负线和电机三相线），如果发现互锁失败，应立即将电控系统进入安全状态。
过压检测
该功能就是硬件电路的过压保护，通过将采集的直流电压和参考值进行比较，输出过压故障信号。
主动短路
电控系统出于安全考虑，会主动停机。但简单的关管停机会造成电机顿挫，甚至损坏传动系统。特别是高速下，永磁电机反电动势异常高，会在直流母线上产生高压。
其中一种安全的停机方式就是主动短路。通过控制三相IGBT的上下管，将电机机端短路，电机的反电动势加在自己的绕组上，产生短路电流，不会影响到直流母线侧。
主动短路在高速下，不会产生太高的制动转矩，车会缓慢的停下来；但在低速下，会有大的制动转矩产生，所以需要在一定转速下退出主动短路状态。
增强绝缘
按照相关标准，通常工频耐压限值为（2U+1000）Vacrms就能达到基本的耐压等级，为了增加可以采用（2U+3250）Vacrms标准。U为最大工作电压。
后记：
生命安全无小事，很难想象哪天，司机一拧钥匙就被电一下的尴尬 。
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