現(xiàn)今,混合動(dòng)力與電動(dòng)汽車(乘用車)中的高壓系統(tǒng)均由高達(dá)500V的儲(chǔ)能單元提供。隨著廣泛的使用。預(yù)估將來(lái)的電壓水平可能會(huì)增加至兩倍。但是少數(shù)商用車使用的工作電壓卻是高達(dá)1000V的技術(shù)。按照規(guī)定,在涉及對(duì)人類健康和生命的電氣危害時(shí),僅有低于60VDC和30VAC的電壓值才被認(rèn)定是安全、可靠的。此依據(jù)是源于電動(dòng)汽車系統(tǒng)中產(chǎn)生的電壓比這些安全限值高出許多,所以近年來(lái)對(duì)此進(jìn)行了廣泛的危害分析。且歐盟發(fā)布了有關(guān)制造商的強(qiáng)有力規(guī)定,致力于在最大范圍內(nèi)消除高壓在生產(chǎn),開發(fā),維護(hù)和維修過(guò)程中所產(chǎn)生的危害。
使用電氣設(shè)備與系統(tǒng)所涉及的危險(xiǎn)均是源于電流流經(jīng)人體,電弧,電磁干擾及靜電電荷等相關(guān)的危險(xiǎn)產(chǎn)生的。除此之外的潛在卻依舊能夠避免的危險(xiǎn)則是源于不合格的人員在車輛上執(zhí)行不當(dāng)?shù)碾姎夤ぷ骰蚴擒囕v技術(shù)缺陷所引起的。
IUE(德國(guó)電氣事故檢查研究所)確定,在涉及高達(dá)1000V的全部電氣事故中,約有40%發(fā)生在故障排除及維修工作期間。
【上圖中以橙色標(biāo)識(shí)的高壓元件】
機(jī)動(dòng)車中高壓系統(tǒng)引起的電氣危害
雖然法律規(guī)定要求車輛需要具有很高的電氣安全性,可對(duì)于在研發(fā),生產(chǎn)及服務(wù)中從事混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車工作的人員,卻依舊存在一定的危害。
觸摸源于內(nèi)部故障而通電的高壓組件可能會(huì)發(fā)生電流流過(guò)人體的危害。假設(shè)接觸點(diǎn)在胸腔附近,即使大約30至50mA的直流電也有可能會(huì)發(fā)生呼吸肌肉組織收縮,因而導(dǎo)致呼吸停止。假如在50Hz的交流下觸電時(shí)間大于2秒,即便電流單單只有10mA也可能會(huì)引起心室顫動(dòng)嚴(yán)重時(shí)將會(huì)發(fā)生心臟驟停的情況。
在混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車方面,需要考慮的電氣危害如下:
乘客艙和后備箱中的全部帶電部件一定要符合 IPXXD防護(hù)等級(jí),剩余的一切其他區(qū)域一定要滿足IPXXB 防護(hù)等級(jí)。
所有暴露的導(dǎo)電部件(如導(dǎo)電屏障和導(dǎo)電外殼)都必須可靠地接地,以此來(lái)保障防止因間接接觸而引起的電擊。在這方面,事故預(yù)防法規(guī)和UNECE R100都規(guī)定了任何兩個(gè)可接觸的導(dǎo)電部件之間的最大電阻必須小于100mΩ @0.2 A。
絕緣電阻:
■ 直流線路為 100 Ω / V
■ 交流線路為500 Ω / V
檢查接地連接的電阻– 要求:<100 mΩ @0.2A
在0.2A時(shí),接地電阻一定要小于100mΩ。所以,電阻測(cè)量?jī)x器就一定要能夠產(chǎn)生至少0.2A的測(cè)量電流,同時(shí)還可測(cè)量毫歐范圍內(nèi)的電阻。
事故預(yù)防法規(guī)和UNECE R100規(guī)定測(cè)量電流至少為0.2A??紤]到電阻會(huì)隨著安培數(shù)的增加也同步增加,除此之外汽車制造商采用更高的電流值(譬如 1A)進(jìn)行測(cè)試。
采用普通的2線測(cè)量方法不能夠充分精確地測(cè)量小電阻值。 此類方式測(cè)量可以知道電流源I經(jīng)過(guò)待測(cè)量的電阻Rt的壓降,之后利用歐姆定律計(jì)算:R=U/I??傻弥撾妷翰皇窃陔娮鑂t上測(cè)量的,而是在電阻總和或電流源處測(cè)量的,即在Rt+Rcbl上,其中Rcbl=Σ(電纜,連接頭)。這將導(dǎo)致該測(cè)試方法誤差較大。
4線法測(cè)量,同樣也可稱為開爾文測(cè)量,是一種合適的測(cè)量方法。在此情況下,可以使用兩根導(dǎo)線將測(cè)量電流施加到被測(cè)器件上,且直接在被測(cè)器件上使用兩根單獨(dú)的導(dǎo)線測(cè)量壓降。相對(duì)于測(cè)量電流I,電流IU流經(jīng)具有高內(nèi)阻的電壓表,在此可忽略不計(jì)。對(duì)比被測(cè)器件上的壓降來(lái)看,測(cè)量電纜上的壓降同樣可忽略不計(jì)。此外,當(dāng)前的電流源I獨(dú)立于Rt。因此,僅測(cè)量電阻Rt兩端電壓。之后可得計(jì)算電阻為Rt = U/I。
在電動(dòng)汽車上,高壓電纜和高壓接頭上的絕緣處理可以防止直接接觸以此來(lái)確保人員的安全。
所以,一定要對(duì)高壓線路的每個(gè)部件以及組件的絕緣電阻進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量。電動(dòng)汽車上的電氣系統(tǒng)按照電源和負(fù)載劃分為兩個(gè)部分,絕緣電阻值分別測(cè)量計(jì)算。測(cè)量方法如下所示:
高壓負(fù)載使用外部直流源的測(cè)量方法:測(cè)量?jī)x器在待測(cè)高壓負(fù)載的端子和車輛地之間施加較高直流電壓。經(jīng)過(guò)檢測(cè)兩部分之間的漏電流,從而計(jì)算出絕緣電阻。這些測(cè)量?jī)x器被統(tǒng)稱為絕緣電阻測(cè)試儀。
動(dòng)力電池包對(duì)地絕緣借助自身電源的測(cè)量方法:采用Ri ≥10MΩ的電壓表進(jìn)行此測(cè)量。
第一步先要,測(cè)量電池正負(fù)極電壓(Vb)及正負(fù)極對(duì)地(分別對(duì)應(yīng)為V1和V2)的電壓。如果V1≥V2,那么在負(fù)極和地之間連接一個(gè)已知的參考電阻,且測(cè)量電壓V1'。
電阻計(jì)算如下:
Ri = Ro * (Vb/V1' – Vb/V1)或 Ri = Ro * Vb * (1/V1' -1/V1)
絕緣電阻計(jì)算如下:
Rins = Ri/Vb
【如上圖所示為通過(guò)車輛電池的測(cè)量方法】
假設(shè)V2>V1,則測(cè)量與計(jì)算類似,但參考電阻接在正極和地之間:Ri = Ro * Vb *(1/V2' – 1/V2)
第二種測(cè)量方法則無(wú)需任何外部電壓源,可是需要進(jìn)行多次測(cè)量。
METRAHIT IM E-DRIVE 一體化儀器
Gossen Metrawatt的新能源汽車專用萬(wàn)用表METRAHIT IM E-Drive是一款非常合適的測(cè)試儀器。其將四臺(tái)儀器的功能融為一體:萬(wàn)用表、用于測(cè)試接地電阻的毫歐表、用于測(cè)量絕緣電阻的絕緣測(cè)試儀和帶有附加線圈適配器的匝間短路測(cè)試儀。
毫歐測(cè)量不單單能夠滿足UNECE R100規(guī)定的200mA電流的要求,同時(shí)還可提供更高測(cè)量(1A),進(jìn)而提高測(cè)量可靠性。考慮到因連接處的材料和溫差會(huì)影響熱電壓測(cè)量結(jié)果,因此它配備了自動(dòng)熱電壓補(bǔ)償功能。
使用METRAHIT H+E CAR的4線或開爾文夾或者開爾文探針能輕松實(shí)現(xiàn)可靠的毫歐測(cè)試。
絕緣電阻測(cè)量利用它的絕緣表功能來(lái)完成,能提供50、100、250、500和1000V的可選測(cè)試電壓。任何干擾電壓都會(huì)被自動(dòng)檢測(cè)并顯示。
通過(guò)測(cè)試探頭上的啟動(dòng)/停止鍵可以便捷的完成單手啟動(dòng)和停止測(cè)量以及數(shù)據(jù)保存。
如上所示為Mercedes GLC 350e使用500V測(cè)試電壓測(cè)試絕緣電阻