和传统的内燃机汽车动力来源不同，纯电动汽车的动力来自于高压动力电池，电压一般有上百伏，超过了60伏 （直流） 安全电压范围。纯电动汽车开发实施过程中提出的防护措施比较零散。在全面电动化转型过程中，缺乏对电动汽车电池高压安全问题统一性的认识。

本文分别从设备和系统的角度，结合目前市场上电动汽车产品高压安全设计，给出了系统高压电安全分析，防护及设计方案和思路。

Part 1. 纯电动汽车电池高压安全的现状分析

GB/T18384是电动汽车安全要求标准，其分为三部分：车载储能部分、功能安全和故障防护、人员触电防护。标准针对电动汽车的电气安全提出了一系列的要求，以保证电动汽车在正常使用情况下的一些可能失效不会对使用者和周围环境造成危害。

图1 电动汽车结构简图

电动汽车动力系统一般由动力电池、电机、电机控制器、高压配电单元、DC-DC、AC-DC等高压部件组成。其结构如图1所示，为了保证高压动力系统的安全性，我们需从多个方面去进行设计。

图2 典型的纯电动汽车高压系统结构图

Part 2.动力电池高压安全防护措施

通过汇总各个车型及技术应用情况，按照高压安全防护措施的作用对象来进行分类如下：

图3动力电池高压安全防护措施分类

需要注意的是以上的防护措施在实际的应用过程中往往配合交叉使用，有效的保障电动汽车高压系统的安全性。

Part 3.动力电池高压安全防护关键技术探讨

3.1基于高压电器零件的防护技术

在电气安全标准中，按照绝缘失败后电击防护方式的不同可以将电器零件划分成四类，这四类电器零件的特征如表1。

表1 四类不同电器零件的绝缘防护

在设计与分析中，一般认为，施加了双重绝缘或者加强绝缘后，该设备带电部件在正常情况下不会被碰触到，也不会存在任何对外壳漏电而导致设备外壳带上危险电压的情况。这样 就可以避免该设备对人员造成直接和间接电击，大大降低了动力系统的电击危险性，但是成本会相应的提高。

图4 Ⅱ类电器零件加强绝缘

3.2 漏电监测及保护技术

漏电监测及保护又叫绝缘监测，其原理是通过绝缘阻抗监测仪连接直流高压正负母线与车身或者电池包壳体之间的绝缘电阻来判断车辆是否存在绝缘故障，主要分为对地电压型和信号注入型。其中对地电压型需有高压电池才能进行绝缘检测，成本较低。信号注入型可以响应动力系统内任何部位出现的绝缘故障，精确地测得绝缘电阻，这是与国家标准推荐的对地电压型不能实现的，无需高压电池闭合继电器即可测得绝缘电阻。但是系统实现较对地电压型复杂，成本高。

需要注意的是只有全车高压组件所有可导电壳体与车身接地连接时，才能从一个或两个中心位置实现全车所有高压设备的绝缘监控，因此等电位连接是绝缘监控的基础。

图5 对地电压型绝缘检测电路

3.3 互锁检测及保护技术

高压回路互锁功能设计是针对高压电路连接的可靠程度提出的。原理对高压系统设置一个导通环，产生安全低压PWM信号，输入到环形路上，并对接收到信号进行分析比对，若存在偏差，可切断高压系统并进行放电。

图6 高压互锁回路

3.4 熔断器技术

在高压回路利用熔断器作为主动保护措施，如图8-比亚迪秦电池包，每一个高压回路都有保险丝作为过流保护，电池包内部增加了一定数量的保险盒接触器作为保护，动力电池每根采样线也有单独的保险保护。即使发生碰撞，也可以保证高压器件及线束不会短路损坏或起火。

图7 比亚迪秦动力电池包结构图

图8 比亚迪秦动力电池包继电器及保险丝

随着新能源市场的不断扩张，高压电池的安全也一直是消费者关注的重点。在后续发展中，新能源企业需要着重解决以下几个问题：

(1) 目前对高压系统危险性尚未形成全面和系统性的认识，需要做出更加全面和深入的定量分析，才能更加有效地指导工程实践。

(2) 电池高压系统的绝缘监控与整个电池系统密切相关，但是影响监测的因素复杂多样，下一步需要设计出更加完善可靠的监测系统，保证电池的安全性。

(3)目 前的电动汽车开发过程中，关于电池安全设计的方法和流程还不系统，提出的设计方案较为零散，因此需要形成系统的电动汽车高压电安全设计方法和流程，建立完善的高压安全防护与管理体系。

作者介绍：坚果

豪华车企的高级工程师，

从发动机测试转入电池测试。

目前专注于电池测试技术研究，

希望与大家一起“电动化，向未来”！