动力电池系统高压电气设计要求.docx
动力电池系统高压电气设计要求高压电气设计要求1 .高压电气设计通用要求高压电气系统应根据系统电压、电流等级和应用环境等因素（如车载工况、温度、湿度、海拔、电磁干扰等）进行选型和设计开发。电池包内部电气布置的设计应符合相关技术标准要求。2 .绝缘和耐压在全生命周期内，要求高压电气系统的输出端（正极和负极）与电池箱体之间的绝缘阻抗大于2.5MQ,或者满足电动汽车安全要求第3部分：人员触电防护（GB/T18384.32015）规定的高压电气回路绝缘阻抗要求。同时，动力电池系统的绝缘防护设计还需要考虑密封性能，主要是因为水或者水蒸气进入电池系统内部，会引起系统内部的高压带电部分与壳体通过阻值较低的水相连接，导致高压绝缘失效。另外，高压电气系统也要具有绝缘失效检测功能，具体通过电池管理系统（BMS）进行检测。高压电气系统的输出端（正极和负极）与电池箱体之间的耐电压强度应满足电动汽车安全要求第3部分：人员触电防护（GB/T18384.32015）规定的相关要求。3 .直接接触防护直接接触防护主要包括电气绝缘和屏护防护要求。除了满足上述绝缘防护要求之外，高压电气系统的带电部件，应具有屏护防护，包括采用保护盖、防护栏、金属网板等来防止发生直接接触。这些防护装置应牢固可靠，并耐机械冲击。在不使用工具或无意识的情况下，它们不能被打开、分离或移开。其中，带电部件在任何情况下都应由至少能提供外壳防护等级（IP代码）（GB42082017）中IPXXD防护等级的壳体来防护，同时规定在打开电池箱体上盖后，应具有IPXXB防护等级。4 .间接接触防护间接接触防护主要包括等电位、电气间隙和爬电距离要求。动力电池系统应通过绝缘的方法来来防止与高压电气系统中外露的可导电部件的间接接触，所有电气部件的设计、安装应避免相互摩擦，防止发生绝缘失效。尤其是高压线缆的布置需要考虑安全间隙，并进行必要的固定和绝缘防护，应避免在行车过程中与可导电部件发生摩擦。电池箱体必须与车辆的地（车身）实现等电位联结，连接阻抗应不超过0.1Q。电池包上的所有可接触的导电金属部件（比如模组金属端板侧板、电池箱体金属上盖、金属支架、水冷板等），都必须与电池箱体是等电位联结的。对于等电位联结所用的导体（比如接地线等），要求其颜色是黑色，便于维修和拆卸时辨认。等电位联结的螺栓或线束还需满足一定截面积的要求，一般要求等电位联结的导线或螺栓其截面积总和需大于等于电池系统中高压导线截面积。动力电池系统应满足低压系统内设备的绝缘配合第I部分：原理、要求和试验(GB/T16935.1-2008)中电气间隙和爬电距离相关要求，尤其是电池模组需要重点关注。5 .预充电回路保护由于整车端高压电气系统中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，为了避免接通瞬间的大电流冲击，高压电气系统需具有预充电功能。通常，要求预充电时间不超过IoOOlns,并且在短时间内的频繁上下电不能出现预充电阻过热损坏的现象。预充电过程中，应能对整车端高压回路的绝缘、短路状态进行判断和失效保护。6 .余能泄放保护由于整车端高压电气系统中存在大量的容性负载，断开高压主回路之后仍存在较高的电压和残残余电能。为避免可能带来的危害，在高压回路切断后应采用余能泄放的方法，保证动力电池系统端电压不超过DC60Vo通常要求整车高压电气系统具有主动能量泄放电路。7 .过电流/短路保护高压电气系统中的所有零部件都必须满足典型使用工况的动力负载要求，并且能满足一定的过电流能力，不能允许规定的行驶工况条件下出现过热导致高压部件绝缘层融化、烧蚀或者冒烟的情况。同时，应合理地控制过电流时间，防止整个动力系统因为长时间过载而发生过热起火事件。当高压电气系统中发生瞬时大电流或者短路时，要求能自动切断高压回路，以确保高压电附件设备不被损坏，避免发生电池的热失控，保证驾乘人员的安全。高压电气系统设计可以设置过载或短路的保护部件，例如设置熔断器等。8 .高压电电磁兼容性高压线束布置和接插件选型应考虑电磁兼容需求。高压线束设计时，主回路动力线缆与信号线尽量采用隔离或分开布线。电池包外部连接用高压线束、高压插接件选型要求接地和屏蔽隔离。9 .高压电气功能安全依据IS026262道路车辆功能安全标准对高压电气系统功能进行危害分析与风险评估，对应的汽车功能安全完整性等级和安全目标如表2.1所示。序号安全功能严重程度可控度功能安全完整性等级(ASIL)安全目标1电池管理系统(BMS)整体功能安全、3E4ASIL-CBMS应有足够的手段来保证BMS整体可靠运行，准确并及时监控系统状态，进行高压安全管理2高压互锁S3E2ASIL-A应能相盖高压连接部件，当检测到高压回路断开时，能立即切断高压输出3碰撞断开高压S3ElASIL-A应能在发生跋撞时，接收到碰撞信号，并能立即切断高压输出4继电器控制和状态诊断7E4ASIL-B控制和诊断逻辑应能保证继电器按照指令正确地动作,出现异常时能及时进行处理5绝缘检测S3E2QM
