课件5 - 电动汽车高压与低压系统

项目五、电动汽车高压与低压系统,xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx,xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx,学习导航,学习目标,掌握电动汽车高压系统的组成；掌握电动汽车各零部件的作用与原理；掌握车辆接地概念与纯电动汽车电网结构；掌握电动车辆绝缘监测方法；掌握电动汽车高压高压系统防护。,此处贴入教材的封面所有ppt需要设置为阅读权限后公布。,5.1.1高压系统组成,请思考：什么是高压系统？什么是低压系统？,电气系统是电动汽车的神经，承担着能量与信息传递的功能，对纯电动汽车的动力性、经济性、安全性等有很大的影响，是电动汽车的重要组成部分。电气组成：低压电气系统、高压电气系统、整车网络化控制系统。,5.1.1高压系统组成,纯电动汽车的工作电压在200V以上，工作电流达数十、甚至数百安培，当发生高压安全故障，高电压和大电流不仅危及乘客人身安全还会影响低压电气的整车工作。在车辆的生产与优化中，电动汽车的高压系统分为分体式的高压系统与集成式高压系统。分体式高压系统的高压配电盒、DC/DC变换器、车载充电机、PTC加热器控制、电机其控制器等都是各自独立存在的。随着技术的改进，集成式高压系统有三合一，四合一、五合一等等。,5.1.1高压系统组成,五合一,5.1.1高压系统组成,纯电动汽车的高压电驱动系统结构图,5.1.1高压系统组成,高压电路连接原理图,5.1.1高压系统组成,通过高压系统电路原理图说说是怎么工作的？,第一代纯电动汽车都基本是这样进行设计生产的，整车共分为5段高压线缆，即连接动力电池到高压控制盒之间的动力电池高压电缆，连接高压控制盒到电机控制器之间的电机控制器电缆，连接快充口到高压盒之间的快充线束，连接慢充口到车载充电机之间的慢充线束，连接高压控制盒到DC/DC、车载充电机、空调压缩机、空调PTC之间的高压附件线束。,5.1.1高压系统组成,为什么要将电气部件的控制与管理系统进行整体集成化设计？,现在电动汽车多采用了集成技术，典型的如PDU、PEU等。,5.1.2PEU系统,PEU上端结构主要由：电机控制器、车载充电机、DC-DC、PTC控制器、快充继电器、熔断器、互锁电路等构成。PEU下端结构由2个3.3KW车载充电机模组构成，安装在PEU下方，中间是冷却水套。,5.1.2PEU系统,PEU内部结构,5.1.2PEU系统,PEU内部模块系统主要部件组成：,低压直流电源：供给PEU控制部分直流电源；高压直流电源：MCU模块、DC-DC模块、PTC模块的高压直流输入；交流电源：OBC模块的交流电源输入；三相交流负载：作为MCU模块输出的模拟电机负载；低压直流负载：作为DC-DC模块的输出负载；高压直流负载：PTC模块和OBC模块输出负载，两者不同时使用；温湿箱：模拟PEU单元的工作环境条件；冷却系统：对PEU单元进行冷却散热，保证系统正常运行；数据采集：完成PEU单元中各个模块电路的输入输出电量参数和温度等参数的信息采集。,5.1.2PEU系统,PEU内部模块系统工作原理,5.1.2PEU系统,EV200高压系统保护功能,5.1.2PEU系统,EV200PEU上OBC信号控制端引脚定义,5.1.2PEU系统,EV200外部连接端口功能（请参考教材）,5.1.2PEU系统,PEU故障排查-慢充故障检测,CC信号对PE地线电压测量，请探讨：该项故障如何进行检测？,5.1.2PEU系统,OBC测量,5.1.2PEU系统,DCDC不工作问题检测，请探讨：该项故障如何进行检测？,DCDC低压电池电压测量,5.1.2PEU系统,DCDC输出保险,5.1.2PEU系统,PEU报绝缘故障，请探讨：该项故障如何进行检测？,测量各模块对地的阻值，若有异常则检查该模块的连接线束；分别检测OBC输入L、N对外壳之间的阻值，应为无穷大，若阻值过小则需拆盖检测该线内部（L/N）对外壳之间是否有故障，若无则需更换OBC模块。,5.1.2PEU系统,请说说：除了上述故障外，PEU常见故障还有哪些，如何处理？,5.1.3高压线缆,高压元器件之间通过线缆传递电能，而这些线缆对操作者也必然存在高压威胁，所以国际通用的标准是将这些高压线缆用颜色鲜明的橙色外皮或者护套保护起来，不仅能起到良好的绝缘作用还有必要的警示效果,5.1.3高压线缆,知识拓展：高压线缆要求,电缆要满足大电流、高电压，并具有良好的电磁屏蔽性能、较好的柔软性、耐冲击、耐振动。电动汽车用高压电缆，为多芯电缆，芯线由内导体和芯线绝缘层构成，最外层为外护套；芯线多芯绞合后，在其外层依次设有由铝塑复合薄膜绕包形成的第一层屏蔽层和由镀锡铜线编织形成的第二层屏蔽层。芯线绝缘层、外护套为硅橡胶。,5.1.3高压线缆,知识拓展,实训任务1：高压部分的断电与上电,实训任务1：高压部分的断电与上电,实操所需材料与工具：警示标志，警示隔离带；安全绝缘用具；汽车专用万用表；放电工装；学习用车。,学习导航,5.2.1车辆接地系统,纯电动汽车高压电系统回路的短路、漏电等故障都为纯电动汽车的高压用电安全构成了潜在的威胁。纯电动汽车驱动能量的唯一来源是动力蓄电池，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。纯电动汽车高压电系统主要包括动力蓄电池、逆变器和电动机等几个主要部分。由于高压电系统电压高达几百伏，任何一部分故障都会为纯电动汽车带来潜在的危险。为了充分保证纯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。,5.2.1车辆接地系统,纯电动汽车适用的电网结构IT网络,纯电动汽车采用IT网的高压电供电网络结构，高压元件有绝缘监控供电系统的网络结构决定了从供电器（比如高压蓄电池）到用电器（比如电机）的电能传输路径。电源端的带电部分不接地或有一点通过阻抗接地，电气装置的外露可导电部分直接接地。纯电动汽车所用的高压网络结构决定了从供电器（如动力电池）到用电器（如驱动系统）的电能传输路径。由于车体与大地是一个相对的参照系统，因此与地面固定装置不同的地方在于车辆内的“地”是相对零电位的系统基准点-车体。对于纯电动汽车，所谓的接地就是用导线连接车身，这里要说明的是，对于纯电动汽车高压系统与低压不会共地。,5.2.1车辆接地系统,纯电动汽车适用的电网结构IT网络,供电器与车身绝缘，用电器壳体与车身连接。相对于单个部件的安全接地，系统层面的安全接地作用更深一层，包含了电气安全和EMC设计。IT系统，由于电源与车身没有导通连接，所以即便正极对壳体漏电，壳体与车架连接，也不会形成回路。保险丝不会熔断，也就不会被断电。,在纯电动汽车上应用的TNC系统,在纯电动汽车上应用IT系统,5.2.1车辆接地系统,等电位连接。请思考什么是等电位？,在欧盟，ECER100中针对等电势也做出了规定，要求高压组件外壳至车身任一点之间的电阻不大于0.1。,5.2.1车辆接地系统,等电位案例分析：第1个故障与第2个故障分别会出现什么状态？,5.2.1车辆接地系统,纯电动汽车车载IT网络构造,5.2.1车辆接地系统,充电状态时的TT或者TN网络应用,纯电动汽车车身保护接地措施,5.2.2绝缘防护,绝缘防护等级,5.2.2绝缘防护,关于绝缘防护的一些重要定义,5.2.2绝缘防护,5.2.2绝缘防护,触电防护,触电防护应包含防止人员与任何带电部件的直接接触和在带电部件的基本绝缘故障的情况下的触电防护。,请思考：什么是直接接触防护？请思考：基本绝缘故障情况下的防护？,4.2.3电气隔离,请思考：什么是电气隔离？,请思考：试通过右图说明电气隔离的绝缘安全作用？,5.2.3电气隔离,绝缘电阻检测与车载在线绝缘电阻监测,纯电动汽车中的DCDC转换器中的变压器起到了电气隔离的绝缘效果，将高压与低压完全隔离开。纯电动汽车是一个复杂的机电一体化产品，其中的许多部件包括动力电池、电机、充电机、能量回收装置、辅助电池充电装置等都会涉及高压电器绝缘问题。,5.2.3电气隔离,纯电动汽车直流高压系统的绝缘检测技术有哪些？,请分析：试通过右图分析并说明纯电动汽车绝缘电阻测量原理工作原理。绝缘电阻的具体数值由4个测量电压值和已知标准电阻计算得到，最终结果的精度与电压测量和标准电阻的精度直接相关。另外，开关动作前后，电池电压随汽车加、减速的变化对结果的影响也应分析。,纯电动汽车绝缘电阻测量原理,5.2.4手动断开装置,在纯电动汽车的装配、保养和维修的操作中，需要有手动断开的电气回路的功能，保证在操作过程中人员和能接触到的电气设备上面不带有危险电压。纯电动汽车上应用最多的手动高压断开装置称为维护开关（或保养开关、保养插头等等），位于动力电池组的电气中点。,5.2.5自动断路,当存在某些特殊条件（如碰撞、绝缘故障、高压电气回路断开、过流或者短路等）发生时，自动断路功能可以在没有使用者干预的情况下，通过继电器、断路器等装置将高压回路电气回路断开，从而达到保护人员和电气系统安全的目的。自动断路装置要具备人工复位的能力。,5.2.6环路互锁,安全回路，请分析并说出图中的工作原理。,安全回路线是个环形线路，通过低压元件（互锁信号源）来收发信号来监控高压电网，来检查整个高压产品、导线、连接器及护盖的电气完整性（连续性），安全回路线要是断路的话，会导致高压系统立即被切断。,大众公司混合动力汽车互锁环路系统原理,5.2.6环路互锁,大众公司混合动力汽车互锁环路系统原理,电池控制单元与CAN总线相连，其除了动力电池能量与温度管理的功能外还提供高压互锁电路（安全回路）的信号发生与接收。对穿过所有高压部件的安全回路线路施加电流监控信号。,5.2.6环路互锁,案例：大众公司高压连接线总成,这些安全回路线也是安全线，从电池控制单元引出到电池控制单元终端。这些安全线可以通过高压连线与高压插接头将各个高压部件串联起来，并且与高压部件壳体盖触发器同样能够通过桥式连接与安全线相连。,5.2.6环路互锁,案例：奔驰公司安装在车架上的两个发动机盖触发器开关,电池控制单元通过CAN总线与其他传感器或者控制器相连，当它接收到相关传感器发出的碰撞信号或者安全带张紧信号、绝缘故障信号的时候也会出发断电条件命令断开高压回路，或者强制限制动力电池输出降低车辆功率。,5.2.7功能互锁,请思考：什么是主动放电？作用是什么？,当高压电路与电池包断开后（例如，自动断开装置或手动断开装置启动时），由于有容性储能元件及线束上本身存在的容性，高压母线仍会残留有对人体造成电击伤害的危险电压，因此有必要将高压母线的电压释放到安全范围内。,5.2.7功能互锁,请思考：什么是充电互锁？作用是什么？,出于安全考虑，纯电动汽车要带有充电功能互锁的功能，即在充电时纯电动汽车动力系统要处在断开的状态，以防止纯电动汽车连接在充电电源上时被意外启动，一些纯电动汽车是通过车辆端的充电插口实现该功能的，当充电插口插入充电插头时，控制系统会辨认插头已经连接到位。这时车辆的启动开关即便处于ON的位置，操作人员也不能真正起动车辆，油门踏板是失效的。,5.2.7功能互锁,请试解释下列图中高压互锁的工作原理,实训任务2：充电线束、高压线路互锁功能故障诊断,实训任务2：充电线束、高压线路互锁功能故障诊断,实操所需材料与工具：电动汽车专用诊断仪；数字万用表（电动汽车专用）；安全绝缘用具；学习用车（EV160或EV200纯电动车）,5.2.8主动放电,什么是主动放电？主动放电的作用是什么？,有些电动车辆会在电驱动单元中安装主动或者被动放电装置，来缩短有害电压在车辆高压回路断开后在驱动元器件中存留的时间，增加高压安全保护的效果。由于驱动三相永磁无刷电机的逆变器内会装有容量较大的中间电容器作为电机的“蓄能装置”。这样一来，在车辆的低压控制电路或者高压系统回路被切断的时候（比如有撞车信号、或者认为拔掉高压插头等等）该中间电容器会通过一个电阻主动放电。,5.2.8主动放电,请分析下列电路图，并说出主动放电的工作原理？,5.2.9高压熔断器,请思考：熔断器的作用是什么？,5.2.9高压熔断器,不同规格的熔断器,5.2.10预充电保护,请思考：预充电管理保护的作用是什么？,纯电动汽车预充电的主要作用是给电机控制器（即逆变器）的大电容进行充电，以减少接触器接触时火花拉弧，降低冲击，增加安全性。,5.2.10预充电保护,请说明下列图中预充电工作流程,普锐斯预充电保护装置,5.2.11漏电保护,漏电保护的作用是什么？,漏电保护开关、漏电断路器，主要是用来在设备发生漏电故障时以及对有致命危险的人身触电保护，具有过载和短路保护功能，可用来保护线路或电动机的过载和短路。漏电保护开关在纯电动汽车上主要以绝缘电阻监测系统的形式出现（有些车辆为监测高压用电器壳体与高压触头之间是否漏电而安装小型的漏电保护装置）。,5.2.11漏电保护,请分析下列电路，说明漏电保护开关监控与保护工作过程。,学习导航,5.3.1低压系统的作用与组成,纯电动汽车电气系统需要为常规低压电器及辅助部件供电，纯电动汽车电气系统主要包括高压直流电气系统、交流电气系统、低压电气系统和整车CAN通讯网络控制系统。高压直流电气系统主要由动力电池系统、驱动电机和电机控制系统、DCDC电压转换器、车载充电机、电动压缩机和PTC等高压电气设备组成。车载充电机由电网供电，将220V交流电经整流滤波变成300V直流电为动力电池补充电能。,5.3.1低压系统的作用与组成,例如：高压直流电气系统、交流电气系统、低压电气系统和整车CAN通讯网络控系统制使用了不同的电压。,5.3.1低压系统的作用与组成,哪些电气系统需要使用到低压电？,低压电气系统采用直流12V电源，一方面为灯光和刮水器等常规低压电器供电，另一方面为整车控制器、电机控制系统、电池管理系统以及高压电气设备的控制器和冷却电动水泵等辅助部件供电。CAN通讯网络系统主要是为整车控制器与汽车其他控制单元进行信息通讯。低压电气系统包括车辆控制系统、仪表及监控系统等；短时间工作用电器包括前照灯、夜行灯、安全警告灯、雾灯、鼓风机、电子风扇及刮水器等；随机使用工作用电器包括电动门窗、洗涤、倒车灯、制动灯、转向灯、喇叭、安全气囊、防盗声光报警装置以及其他用电设备；EV附加电器包括电动真空泵助力制动系统、电动水泵、电动空调、电池包散热系统及电池包加热系统等。,5.3.1低压系统的作用与组成,整车低压供电需求,由于纯电动汽车的特殊性，根据纯电动汽车整车状态，可将纯电动汽车低压电气系统分为运行状态和充电状态种模式。）运行状态。此时车辆供电系统由蓄电池、DC/DC电压转换器、电线束、开关和继电器等组成。对供电系统的要求是：D