《新能源汽车电力电子技术》电子教案 任务三 新能源汽车用电安全与防护

《新能源汽车电力电子技术》教案PAGEPAGE5课题新能源汽车用电安全与防护教学目标能力目标会在高压作业时做好防护。知识目标1.掌握高压安全基础知识。2.掌握电流带来的危害。3.掌握高压防护措施。素质目标1.培养学生认真严谨、积极主动的工作态度及安全生产、文明施工的意识。2.获得分析问题和解决问题的基本方法。教学重点会在高压作业时做好防护。教学难点会在高压作业时做好防护。教学准备投影仪课型理实一体课授课课时2课时教学过程教学内容教学方法与手段时间一、导入很多维修技术人员谈到新能源汽车高压时，都会谈“压”色变。你现在到新能源汽车的售后维修车间实习，主管安排你给其他人员培训避免高压伤害的防护措施，你能做到吗？讲授法；多媒体课件2分钟二、教学实施1、资讯一、高压安全基础知识1.新能源汽车的高压电目前主流的新能源汽车主要有30OV和500V两个电压平台。300V电压平台并不是说新能源汽车中的高压零部件工作电压就是额定的300V,300V是一个变量，只要是300V以上的新能源汽车都称为300V电压平台。要保证新能源汽车拥有足够的功率，而低压系统难以在车上进行合理的布局，因此新能源汽车采用高电压、低电流的控制方式保证车辆的功率，就形成了300V和500V电压平台的高压系统。例如:吉利帝豪EV450的工作电压是352V,同级别的比亚迪e5（17款）的工作电压高达650V。(1)纯电动汽车的高压电纯电动汽车的高压电系统同时具有2种:直流高压电和交流高压电。储存在动力蓄电池中的电能以及动力蓄电池高压母线端的电源都属于高压直流电。高压母线的电压通过充配电总成再分配到其他高压部件，如通过高压配电箱分配到电机控制器，此时电机控制器会将高压直流电逆变成三相可调电压、可变频率的交流电。在进行车辆维修时，必须要做好安全防护措施，防止触电，防护措施依据高压电存在形式有所区分。（2）插电式混合动力电动汽车的高压电插电式混合动力汽车是在原有的燃油（或燃气）发动机系统中，增加由高压动力蓄电池、高压控制电路和驱动电机组成的电力驱动系统，通过两个动力系统相互配合，达到高效、节能地驱动车辆的目的。除和纯电动汽车相同的高压电存在形式及部件外，其发电机系统也属于高压系统，如比亚迪车系的BSG电机系统。2.电压等级与安全电压(1)工业电压等级电压等级是指电力系统及电力设备的额定电压级别系列。额定电压是电力系统及电力设备规定的正常电压，即与电力系统及电力设备某些运行特性有关的标称电压。《标准电压(GB/T156-2017)》对大部分电压等级做出了规定。我国一直采用50Hz的标准电压系列。国际上通常使用IEC60038标准，它在尊重各国标准电压体系的前提下，通常协商提供了以50Hz和60Hz为基本参数的两个标准电压系列，并在每个系列中综合提供了该系列的基本电压等级。目前，我国将电压等级划分为:1)安全电压:我国规定安全电压为42V、36V、24V、12v、6V共5种，一般情况下安全电压不超过交流36V和直流50V。虽然36V以下的电压是安全的，但在潮湿的环境中，安全电压会下降到24V甚至12V以下。2)低压:是指对地电压为1000V及以下。交流系统中的单相220v和三相四线制的380V/220V中性点接地系统均属低压。3)高压:是指1000V以上的电力传输变电电压或380v以上的配用电电压，范围为10k-220kV。4)超高压:330kV-750kV。5)特高压:1000kV交流或800kV直流以上。国际上通过ISO标准给出了强制性安全规定，危险电压是:25V以上的交流电、60v以上的直流电。新能源汽车的标准电压一般为300V-650V,虽然按照国家标准进行划分，应该属于低压范围，但是为了和传统车辆12V电源进行区别，通常都称为高电压。(2)电动汽车电压等级《电动汽车安全要求》(GB/T18384-2020)里面的“4.电压等级”中明确规定，根据最大工作电压，将电气元件或电路分为以下几级，见表1-3-1。表1-3-1电动汽车电压等级在汽车领域，特别是混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车和纯电动汽车，高压电是指:直流电压60V<U≤1500V;交流电压30V<U≤100OV。B级电压电路指的是大于60V的高压电路。二、电流对人体的危害1.电流对人体伤害的原理当电流流过人体时，会切断神经系统发出的信号(包括通向心脏的信号)，导致内脏和组织烧伤，影响人体功能，甚至危及生命。(1)触电效应高压触电的危害。1)电击效应:电流低于导通限值时，会有相应的电击反应，从而容易使人因肢体不受控制和失去平衡导致受伤。2)热效应:电流导人、导出点处会发生烧伤和焦化，也会发生内部烧伤，可能导致肾脏负荷过大，甚至造成致命的伤害。3)化学效应:血液和细胞液成为电解液并被电解产生有害物质，发生严重的中毒，而中毒情况在几天后才能被发现，因此伤害极大。4)肌肉刺激效应:所有的身体功能和人体肌肉运动由大脑通过神经系统控制。如果通过人体的电流过高，肌肉开始抽搐，大脑无法控制肌肉组织。例如，握紧的拳头无法打开或者移动，即所谓的“电吸人”现象。5)发生静态短路的热效应:设备急剧发热，会导致材料熔化，从而可能发生烧伤事故。6)由于短路引起火花:金属很快熔化，产生飞溅的火花，飞溅出来的金属颗粒温度超过5000℃,可能引起烧伤。7)带电高压线路接通和断开时产生的弧光:光辐射可能造成电光性眼炎。(2)电流的分类根据电流对人体的身体机能反应和伤害程度，触电电流可分为感知电流、摆脱电流和致命电流(也称心室颤动电流)。1)感知电流:感知电流指引起人的感觉的最小电流。成年男性的感知电流约为1.1mA,成年女性的感知电流约为0.7mA。2)摆脱电流:人触电后能自行摆脱电极的最大电流称为摆脱电流。对于不同的人，摆脱电流值不相同。摆脱电流值与个体生理特征、电极形状、电极尺寸等因素有关。成年男性平均摆脱电流约为16mA,最小摆脱电流约为9mA；成年女性平均摆脱电流约为10.5mA,最小摆脱电流约为9mA。3)致命电流:致命电流指在较短时间内危及生命的最小电流。致命电流一般为50mA。日常生活中一般电流不超过数百毫安。电击致死的主要原因是电流引起心室颤动造成的。人体通电持续时间越长，能量积累越多，越容易引起心室颤动，就越危及生命。人体通过不同电流的反应见表1-3-2所示。表1-3-2人体通过不同电流的反应2.电流对人体的伤害形式电流对人体的伤害有电击、电伤和电磁场伤害3种形式。（1）电击电击是由于电流通过人体时造成的内部器官在生理上的反应和病变。电击对人体的危害程度主要取决于通过人体电流的大小和通电时间的长短。表1-3-3为电流经过人体不同路径时人体的近似电阻值。表1-3-3电流经过人体不同路径时人体的近似电阻值(2)电伤电伤是电流的热效应、化学效应或机械效应对人体造成的局部伤害，包括电弧烧伤、烫伤、电烙印、皮肤金属化、电气机械性伤害、电光眼等不同形式的伤害。3.触电方式(1)直接触电直接接触电击是触及设备和电路正常运行时的带电体发生的电击，如误触接线端子发生的电击，也称为正常状态下的电击。除了隔离和加强绝缘外，一般来说较难进行其他保护，尤其是两相触电。(2)间接触电1)间接触电的概念:间接触电是触及正常状态下不带电、因绝缘损坏而带电的物体导致的触电，也称为故障状态下的电击。间接触电大都发生在大风刮断架空线或接户线后，搭落在金属物或广播线上，相线和电杆拉线搭连，电动机等用电设备的线圈绝缘损坏而引起外壳带电等情况下。2)跨步电压触电:通常跨步电压触电属于间接触电。如果人或牲畜站在距离高压带电导线落地点10m以内，就可能发生触电事故。跨步电压触电如图1-3-1所示。人受到跨步电压时，电流虽然是沿着人的下半身，从脚经腿、胯部到脚与大地形成通路，看似比较安全，但是人受到较高的跨步电压作用时，双脚会抽筋，使身体倒在地上，这不仅使作用于身体上的电流增加，而且使电流经过人体的路径改变。经验证明，人倒地后电流在体内持续作用2s就会致命。图1-3-1跨步电压触电3)间接触电的防护：①自动切断供电电源(接地故障保护)。②采用双重绝缘或加强绝缘的电气设备(即Ⅱ级电工产品)。③将有触电危险的场所绝缘，构成不导电环境。④采用不接地的局部等电位连接保护，或采取等电位均压措施。三、高压防护措施1.高压防护要求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间接触电防护。对于A级电压的电路，不要求提供触电防护。对于任何B级电压电路的带电部件，都应为人员提供危险接触的防护。直接接触防护应由带电部件的基本绝瑑提供或内遮挡/外壳或两者结合来提供。所有的防护及规定都是从安全的角度出发，防止人体及电气设备因触电或短路发生故障、造成事故。2.基本防护措施(1)安全距离为了防止人体触及或过分接近带电体，或防止车辆和其他物体碰撞带电体，以及避免发生各种短路、火灾和爆炸事故，在人体与带电体之间、带电体与地面之间、带电体与带电体之间、带电体与其他物体和设施之间，都必须保持一定的距离，这种距离称为电气安全距离。电气安全距离的大小应符合有关电气安全规程的规定。(2)工作场所防护要求为了保证维修过程的安全，在检修新能源汽车时对维修检测工位有以下要求:1)隔离。2)内部配备足够亮度的灯光，工作区域的光照强度不应低于500lx(勒克斯，光照强度单位)。3)配备消防设备设施，如干粉灭火器、消防栓和水枪等。4)配备预防触电的设备设施，如为作业地面铺设绝缘垫，为工作电源做好绝缘和触电防护、配备安全接地线、安装触电保护器等。5)为有触电危险的设备配备安全操作说明。6)配备安全作业防护用具，如工作服、绝缘手套、绝缘鞋、护目镜、安全头盔、绝缘钩等。7)配备安全绝缘工具，如绝缘扳手、绝缘套筒、绝缘尖嘴钳、绝缘旋具等。8)配备急救器材(如除颤仪)，保障作业人员的生命安全。(3)个人防护措施个人防护用品即在劳动过程中为防御物理、化学、生物等有害因素伤害人体而穿戴和配备的各种物品的总称。需要使用到个人防护用品的区域均会张贴指令标识。指令标识的含义是强制人们必须做出某种动作或采用防范措施的图形标识。指令标识的基本形式是圆形边框，如图1-3-2所示。对于特定的诊断或维修作业，维修人员可能需要在高压零部件附近进行作业。如果有导电物体落到暴露的高压电路上，可能会造成短路事故。高电压作业的主要个人防护用具如图1-3-3所示。图1-3-2个人防护指令标识图1-3-3高电压作业的主要个人防护用具1)手部的安全防护:为防止在作业时高压触电，需要检查并佩戴高压绝缘手套，如图1-3-4所示。如果混合动力电动汽车和纯电动汽车的维修作业中需要使用高压绝缘手套，技术人员必须对手套进行检查、测试，然后才能在车辆上进行维修作业。高压绝缘手套适用于500~36000V的工作电压范围，经常使用的绝缘手套应至少每隔6个月测试1次绝缘性能，偶尔使用的手套需在每次使用后测试绝缘性能是否良好。图1-3-4高压绝缘手套2)眼部的安全防护:为防止眼部受到撞击，当在无论任何类型的混合动力电动汽车或纯电动汽车上进行作业时，技术员都必须佩戴相应标准的带侧护板的护目镜。对于其他可能会发生的危害，例如化学品喷溅或溢出造成的化学烧伤，需要更高级别的眼部防护才能达到，一般用于化学实验的全密闭型的护目镜才能达到这样的要求，它在绝大部分电动汽车的维护和维修中使用不到。技术人员需参考制造商提供的维修安全信息，来使用合理的护目镜，如图1-3-5所示a)带侧护边型b)全密闭型图1-3-5护目镜3)头部的安全防护:为防止头部触电，最常见的安全防护用具是电绝缘安全帽，如图1-3-6所示。在技术员进行混合动力电动汽车或纯电动汽车举升工位的下方进行作业时，技术员必须佩戴相应标准的电绝缘安全帽。《头部防护安全帽》(GB2811-2019)中要求:带有电绝缘性能的特殊型安全帽按耐受电压大小分为G级和E级。G级电绝缘测试电压为2200V,E级电绝缘测试电压为2000OV。图1-3-6电绝缘安全帽图1-3-7绝缘鞋4)足部的安全防护:足部常见的危害因素有物体砸伤或刺伤、高低温伤害、化学性伤害、触电伤害与静电伤害等。当在任何类型的混合动力电动汽车或纯电动汽车上作业时，技术员都必须佩戴相应标准的绝缘鞋，如图1-3-7所示。应根据工作环境或设备的电压选择相应等级的绝缘鞋。5)身体的安全防护:防静电工作服是为防止服装上的静电积累，用防静电织物为面料而缝制的工作服。穿防静电工作服可提供额外的安全防护。棉布材料衣服是非合成纤维的，适合在维修高压电时穿，如图1-3-8所示。如果穿着合成纤维的衣服可能导致烧伤皮肤，因为这类材料在高温时会熔化黏在皮肤上使伤害进一步加大。图1-3-8防静电工作服(4)车辆着火防护工具如果新能源汽车着火时，使用常规的ABC干粉灭火器灭火，如图1-3-9所示。这种灭火器适用于油或电路火灾。如果只是高压蓄电池着火，推荐使用二氧化碳灭火器，发生大面积或大的火灾时，持续的浇水同样适用于熄灭高压蓄电池着火。但如果使用少量的水，如只用一桶水，是非常危险的，会加剧高压蓄电池火灾的程度。电路着火可以使用四氯化碳或1211灭火器进行灭火。图1-3-9灭火器讲授法、情景教学法；多媒体课件。34分钟2、初步训练布置任务：请按小组的形式完成一下训练内容：1.当发觉跨步电压威胁时，怎样才能安全离开危险区。（要求演示操作）2.识别表1-3-4中标识和防护用具，写出对应名称。表1-3-4标识和防护用具图名称图名称分组讨论，小组交流：学生分成两组，依据布置的任务制定出项目实施计划，确定工作步骤和顺序，并进行交流。讨论法、角色扮演法；16分钟3、项目