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张建华:新能源电动汽车搭铁共地和系统绝缘安全探究

  • 2015-12-03 09:57
  • 来源:电动汽车资源网 张建华
  • 发表评论 5

摘要:搭铁共地方式可能出现的问题:当部件的搭铁共地点虚接松动,共地点杂波超过极限,将会产生共地干扰,轻则影响整车系统性能,重则会产生整车安全性事故,如刹车不灵,方向盘误动作等。

来源:电动汽车资源网 作者:张建华

一、传统汽车的搭铁共地和绝缘等级特点

1、传统汽车的搭铁共地特点:

传统汽车分为两类:商用车和乘用车;

商用车:启动电池24V;

乘用车:启动电池12V;

由于整个车体为金属结构,启动电池的负极采用就近搭铁的方式,将负极线连接到最近的底盘车架上;再由于汽车关键零部件的摆放位置的不同,为安装的便利性,也采用就近接地方式链接接地线。

因此在以发动机为核心部件的传统汽车里,以启动电池(12V/24V)负极为搭铁共地方式,连接所有的部件电源负极,使整个车壳体为一个负极共地点和负极导体。

此种方式可能出现的问题:当部件的搭铁共地点虚接松动,共地点杂波超过极限,将会产生共地干扰,轻则影响整车系统性能,重则会产生整车安全性事故,如刹车不灵,方向盘误动作等。

2、车用电器绝缘测试电压要求:

表1 绝缘试验的试验等级

额定绝缘电压U/V

绝缘电阻测试仪器的电压等级/V

介质试验电压/kV

U≤63

250

0.5(0.7)

63<U≤250

500

2.0(2.8)

250<U≤500

1000

2.0(2.8)

500<U≤750

1000

2U+1000

注:在测试时,也可采用直流电压,试验电压为交流电压有效值的1.4倍,如上表括号内所示。

从上表可以看出:

12VDC,24VDC电压等级:U≤63V;

绝缘电阻测试仪器的电压等级/V:250VAC(350VDC);

介质试验电压/kV:0.5 kV AC(0.7 kV VDC);

介电强度性能试验:

1) 将通过固定电阻或参考点接地的电路断开;

2) 在低压系统未工作的状态下,在各独立电路与其壳体之间施加频率为50Hz±5Hz的正弦波形交流电压,试验电压等级根据表1选取,历时1min;

3) 在低压系统未工作的状态下,在无电气联系的各电路之间施加频率为50Hz±5Hz的正弦波形交流电压,试验电压等级根据表1选取,历时1min。

二、新能源电动汽车关键零部件的搭铁共地和绝缘性等级要求

1、新能源电动汽车(纯电动汽车)分类

商用车;大巴类,卡车类;

启动电池:24VDC;

动力电池系统:通常有160,180,200等三种串联模式;

576VDC;(磷酸铁锂电芯,通用模式为180节串联)

乘用车:轿车类,SUV类;

启动电池:12VDC;

动力电池系统:通常有90,100,110等三种串联模式;

360VDC;(三元电芯,通用模式为100节串联)

2、新能源电动汽车关键零部件搭铁共地特点

新能源电动汽车由于增加了动力电池系统、电驱动系统和整车电控三大系统,这三大系统均工作在高电压状态,在搭铁共地,高压绝缘方面均呈现出新的挑战;

–动力电池系统:BMS电压地搭铁共地;

–电机及控制器系统:控制器控制单元电源地搭铁共地;

–整车控制器:电源地搭铁共地;

–电动助力转向控制器:搭铁共地;

–电空调控制器:搭铁共地等;

总之,在新能源电动汽车上除12V/24V低压电器需要搭铁共地外,高压电器部件的控制部件均需要处理搭铁共地问题;

搭铁共地方式有如下区分:

l 电源地搭铁共地方式;

l 屏蔽线层搭铁共地方式;

l 信号线搭铁共地方式;

l 模拟信号线搭铁共地方式;

每种方式都有各自的处理特点;

由此所带来的问题是:

l 搭铁共地点,线如何处理才更有效;

l 如何保障在整车寿命周期内的搭铁共地的可靠性。

3、新能源电动汽车关键零部件的绝缘性特点

两种绝缘等级的测试方式:

1)576V电压

576V电压等级:500<U≤750;

绝缘电阻测试仪器的电压等级/V:1000VAC(1400VDC);

介质试验电压/kV: 2152 VAC(3100VDC);(参考方式:2U+1000)

2)360V电压

360V电压等级:250<U≤500;

绝缘电阻测试仪器的电压等级/V:1000VAC(1400VDC);

介质试验电压/kV:2000VAC(2800VDC)。

3)介电强度性能试验:

i.将通过固定电阻或参考点接地的电路断开;

ii.在高压系统未工作的状态下,在各独立电路与其壳体之间施加频率为50Hz±5Hz的正弦波形交流电压,试验电压等级根据表1选取,历时1min;

iii.在高压系统未工作的状态下,在无电气联系的各电路之间施加频率为50Hz±5Hz的正弦波形交流电压,试验电压等级根据表1选取,历时1min。

三、新能源电动汽车关键零部件搭铁共地和绝缘实现方法

1、技术设计关键点:

1)整车地:电池负极直接接车身,需做专门防腐蚀处理;

2)常规电器的搭铁共地处理原则;

整车控制器壳体与整车底盘车架至少要有一个以上搭铁接地点;

壳体与车身接地点要做专项防腐蚀处理;

3)三大系统的搭铁共地处理原则

动力电池壳体与整车底盘车架至少要有两个以上搭铁接地点;

电机控制器壳体与整车底盘车架至少要有两个以上搭铁接地点;

整车控制器壳体与整车底盘车架至少要有一个以上搭铁接地点;

采用专门的软连接母线排作为第二道搭铁共地保护线。

壳体与车身接地点要做专项防腐蚀处理;

整车控制器、电机控制器、BMS的电源地处理方式:内部与壳体链接;

专门引出地线与外壳搭铁,接地点要做专项防腐蚀处理。

2、 测试验证关键点:

1)壳体与车架的接触电阻;通过专项电阻测试仪测试验证;

2)耐腐蚀性强度测试验证;通过专项盐雾试验测试验证;

3)抗震性验证;通过专项震动性试验测试验证。

四、案例

1、丰田普锐斯;

l 电源地搭铁共地方式:

1)DC/DC在前舱,起动电池在后背行李箱;

搭铁共地处理方式:DC/DC负极通过前舱壳体与车体搭接;

起动电池正负极线连接到DC/DC正负极端口。

2)前舱系统集成:电机驱动器,DC/DC,BMS等;

搭铁共地处理方式:

壳体内:所有控制板的接地都连接到前舱壳体上;

壳体外:DC/DC负极通过前舱壳体与车体搭接。

l 屏蔽线层搭铁共地方式;

通过专门引线处理。

l 信号线搭铁共地方式;

通过专门引线处理。

l 模拟信号线搭铁共地方式;

通过专门引线处理。

2、常用公交大巴

公交大巴特点:

控制系统在前舱,驱动系统在后舱, 动力电池系统在中舱,前后

距离大约12米左右,搭铁共地有自身特点;

l 电源地搭铁共地方式:

1)DC/DC在后舱;

搭铁共地处理方式:DC/DC负极通过壳体与车体搭接;

起动电池负极通过引线与车体搭接;

为确保搭铁共地可靠性,可增加第二搭铁共地点:

通过软铜排,联接于DC壳体与车体之间。

2)电机驱动器在后舱;

BMS在中舱;

搭铁共地处理方式:

壳体内:控制板接地连接到自身内壳体上;

壳体外:身内壳体与车体搭接。

为确保搭铁共地可靠性,可增加第二搭铁共地点:

通过软铜排,联接于模块壳体与车体之间。

l 屏蔽线层搭铁共地方式;

通过专门引线处理。

l 信号线搭铁共地方式;

通过专门引线处理。

l 模拟信号线搭铁共地方式;

通过专门引线处理。

说明:本文论点只为抛砖引玉,有些观点不一定正确,供大家讨论与指正!

网友评论

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全部评论
  • 湖北襄阳 手机用户
  • 湖北襄阳 手机用户
  • 2016/6/27 22:36:05
  • 回复
  • 1楼
老张威武!
  • 湖北武汉 手机用户
  • 湖北武汉 手机用户
  • 2016/6/28 10:07:46
  • 回复
  • 2楼
非常好
  • 湖北襄阳 手机用户
  • 湖北襄阳 手机用户
  • 2016/8/9 23:34:49
  • 回复
  • 3楼
张老师,车上的高压配电箱外壳需要做搭铁处理吗?若需要,能否与电机控制器共一个搭铁点?
  • 湖北襄阳 手机用户
  • 湖北襄阳 手机用户
  • 2016/8/15 12:02:41
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  • 4楼
张老师,车上的高压配电箱外壳需要做搭铁处理吗?若需要,能否与电机控制器共一个搭铁点?
如果高压配电盒内无控制电路板,可以不打铁。可以和其他系统共用一个打铁点,要视情况而定,原则上不要距离过远。
  • numnine
  • numnine
  • 2016/11/9 16:14:13
  • 回复
  • 5楼
作为不接地系统,可有配置直流IT系统绝缘监测装置的应用呢?

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