电动汽车高压电故障与策略研究

蒋屹

摘 要：随着科学技术的不断进步，发展节能、零排放的电动汽车成为汽车工业发展的必然趋势。电动汽车的工作电压较高，工作电流达数十、甚至数百安培，当发生高压电故障时，高电压和大电流不仅危及乘客人身安全，还会影响车载用电器的正常工作。

关键词：电动汽车；高压电；故障；策略

一、电动汽车高压系统配置简介

电动汽车驱动能量的来源是动力蓄电池，因此纯电动汽车的高压电配置中只有动力蓄电池组一个高压母线电路，高压电安全管理系统对高压电路的用电及安全进行直接的管理和控制。图1是典型的电动汽车高压电系统配置图。其中，K1和K2为高压电系统正负母线上的高压直流接触器，设置两组高压直流接触器来分别控制蓄电池组高压输出正负母线，保证了断开高压电源和高压电路电气连接时的可靠性。由于高压电系统电压高达几百伏，任何一部分故障都会为电动汽车带来潜在的危险。为了充分保证电动汽车高压电系统的用电安全，需要在分析高压电系统故障的基础上制定安全管理策略。

二、电动汽车高压电故障分析

（一）动力蓄电池组故障。动力蓄电池组是系统高压电的源头，当动力蓄电池组故障或出现问题时，可能对电池本身造成伤害，甚至产生安全隐患。以铅酸蓄电池为例，其常见的故障现象就包括电池温度异常、漏液、事故甩出、电池电压过高或过低以及周围危险有害气体聚集等，如处置不当，都可能造成人身伤害，甚至造成起火和爆炸。

（二）电机过热故障。电机是电动汽车运行的驱动装置，和动力蓄电池温度过高类似，当电机因故障而过热时，不仅可能损伤电机本身，也可能由于高温而对高压线路产生不良影响，进而引发其他的高压故障。

（三）上电冲击故障。通过对电动汽车高压电系统的建模分析，我们知道，电动汽车高压电系统存在容性负载，而根据容性负载在电路中的瞬态特性，在接通高压电路的瞬间，容性负载将相当于短路，因此会对整个高压系统产生电流瞬态冲击。

（四）短路故障。电动汽车具有高电压、大电流的动力回路，其正常工作电流通常可以在数十甚至上百安培，如果发生短路，瞬时短路电流更是会成倍增加。如果纯电动汽车在发生短路故障后不能得到及时处理，那么如此大的電流将极易烧坏设备甚至引发火灾。为此，解决短路故障问题是一项必须要进行的重要工作。

（五）接触不良或断路故障。实验证明，高压线路接触不良或非预期断路是纯电动汽车在运行中可能出现的潜在故障，在该部分故障发生时，将可能引起高压电暴露、动力回路输出功率下降、甚至使连接器烧结等不良后果。此外，线路老化、腐蚀、雨水以及线路绝缘皮破损等等原因，都有可能导致发生绝缘失效故障。

三、电动汽车高压电安全管理策略

（一）高压环路互锁检测。高压环路互锁检测主要检测的是高压回路的接触不良、断开故障。高压环路互锁检测的整个过程为：由高压安全监控系统的向高压系统回路注入一个的电压信号，如果系统接收不到返回的电压或返回的电压过低，则表明高压系统回路的连接完整性没有达到预期的要求，则安全监控系统判断出现接触不良或断路故障，此时由安全监控系统输出系统的状态，并发出故障报警信号，等待人工处理。

（二）温度检测。为了实时监测动力蓄电池包内的温度状态，防止由于温度过高而损坏动力蓄电池，需要进行电池温度参数的采集。当安全监控系统采集到的电池温度持续过高时，MCU系统就会给驾乘人员发出温度过高故障警告，并等待驾乘人员检查处理。而如果电池包内温度检测结果超过设定的温度极限值，并持续一段时间，则可以判断动力蓄电池发生了较为严重的过温故障。为防止故障恶化，系统应该立即切断高压接触器，断开高压回路。

（三）过电流检测和高低压保护。过电流检测的目的是用来检测短路故障，而高低压保护功能则是为了保障纯电动汽车在动力蓄电池高低压时用电器及动力蓄电池的安全。要实现过电流检测和高低压保护功能，主要是对高压电路系统工作电压和电流值进行实时检测和诊断。当检测到系统的工作电流超出了允许的范围，则判断系统出现了短路故障，而当检测到系统工作电压过高或过低时，则诊断为高低电压故障，鉴于这两种故障可能产生的危害性，当其发生时均予以断电处理。

四、结语

为了将电动汽车的安全性能提升至传统内燃汽车的水平，对高压电回路进行集成并对高压电进行智能管理，将成为电动汽车高压电安全的必然发展方向之一。相关技术人员要积极探索和开发完善的高压电故障控制策略，提升电动汽车高压电安全管理水平，保障电动汽车的使用效率。

参考文献：

[1]宋炳雨，高松，郎华，王鑫.纯电动汽车高压电故障诊断与安全管理策略研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2010，05：804-807+831.

[2]冯雷，李松，丁富强.电动汽车高压安全管理系统设计[J].科技与企业，2012，11：124-125.