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IAV电动汽车功能安全和高压安全开发应用

2013年12月30日 03:12 来源:IAV GmbH 作者:susan
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电动汽车和混合动力汽车的高压安全问题,仅依靠绝缘厚度无法解决,这就意味着整车制造商必须开发新的安全概念。电动汽车存在的最明显的新的问题之一是电池的高电压。到目前为止,12V电压已经远远不够,因为即使是小电机也会消耗约40kW的电力。这就意味着需要3300A的电流,因此需要巨大的电缆直径。相反,300V电压,电流仅为130A。

然而,几百伏的电压是致命的。人体抵抗力约为千欧姆,当接触300V电压时,将会有300mA流经人体。但是超过50mA就是致命的。因此必须保证在正常运行期间、研讨会期间和事故期间,人们不会接触到高压电。然而,目前汽车市场上几乎没有任何专家研究这一方面。这也是为什么IAV不仅进行员工培训,还在大学进行演讲,以此来唤醒下一代工程师的意识。

 

安全——高压电池与汽车外壳分离

在正常行驶时,12V汽车电气系统和高压电动机,将会确保司机的安全。即使司机接触到高压电端子,也不会发生事故,因为端子和汽车外壳是分离的。电缆位于面板之后,只能依靠专用工具打开。还可进行绝缘测试,电池的自动监测功能可以检查绝缘电阻是否足够高,如果不是,车辆会显示报警信息。氧化连接亦很危险。导电接触不良将会导致平行电弧放电,产生电火花。在瑞士,曾发生过房屋烧毁事件,原因是在太阳能电池组件中发生了电弧放电。这也是电动汽车面临的问题,因为其携带了易燃液体和气体。在混合动力汽车中,汽油也是类似的存在。

 

碰撞中将会发生什么?

碰撞安全是高压安全专家面临的最大的挑战。开始时,他们无法预测所有的因素,必须保护乘客和救援人员远离危险的冲击电流。第一步是建立一个大型的溃缩区:在可能的情况下,应将高压电池置于后排座椅下方,功率电子置于发动机舱内靠近挡风玻璃处。特别是在混合动力车辆上,因为几乎没有留给额外零部件任何可用空间,不会允许所有的零部件按照理想方式布置。

 

图1  安全装置示意图

在事故发生时,专家使用来自气囊控制单元和碰撞传感器的信号以快速关闭高压电。这里使用两个继电器(主接触器)在150毫秒之内断开高压电池和电源系统的连接。不过危险的电能也会在电容器甚至是转动的电机之中被发现。功率电子确保电容器以可控的方式在这些地方释放电能。电机主动短路,运转得更慢同时以更快的速度释放电能。不过,全部这些都要假设功率电子和控制单元的电池—12V电池—在事故后仍然能够工作。迄今为止,IAV从碰撞试验中获得的经验并没有揭示这方面的任何问题。

要确保在车间修理电动车的时候没有任何意外发生。为了确保意外不会发生,应采取措施,例如:可插拔的维修开关允许技术人员可以分开两个独立的电池块。一旦按下开关,车辆的高压电池外不存在高压电。提供机械师足够的时间来等待车内电容器释放电能。对于普瑞斯,丰田推荐的等待时间为7秒。高压电池本身的修复,应当由经过培训的专家进行操作。

 

充电接口的挑战

一些充电接口高压安全的挑战必须被解决。事实上,用于传导充电的不同的插座类型和不同的充电模式都被国际标准化组织规范了。电动车充电应当能够在不同的电网环境及全球各类充电插座下安全进行。因此依据这种充电模式(充电模式1~3为交流充电,4为直流充电),必须保障不同安全功能。在公共充电站和已应用于部分电动车的可行的安全功能包括:剩余电流装置,过电压保护,主保险和固定装置。在充电模式2、3及4中高压充电仅在信号交流确认后,及检查完所有充电接口的安全电流连接后开启。

感应充电在没有充电电缆和充电接口的情况下进行。充电系统通过气隙将电能从原线圈传递到带有副线圈的电动车上。整个充电过程没有电缆和物理接触。安全功能为固定装置,绝缘监测和剩余电流装置。


 

编辑:susan