高压器件安全技术及措施解析

发展电动汽车以来，大家十分关心的问题就是其安全性高不高？各地组织的高峰论坛，都要涉及到电池安全的讨论。锂离子动力电池安不安全？电动汽车到底安不安全？许多专家演讲时，对2015-2016年两年来的电动汽车尤其公交客车的出现安全实例进行了统计，既有特斯拉的，也有国内厂家的电动汽车发生的着火事件。这些事件是真实的，于是一些专家给出的结论是，中国的电动汽车是不安全的，主要原因是锂离子电池不安全的。笔者的观点是，安全措施到位，电动汽车是安全的，否则是不安全。

此文是基于电动汽车是在传统汽车基础之上的，下面的讨论也是基于传统汽车安全措施已经能保障其安全的前提下，来讨论电动汽车的安全技术及措施。

一、锂离子电池是安全的、是绿色的依据是什么？

钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂正极材料的发明人，锂离子电池的奠基人之一，被业界称为“锂电之父”的，目前为美国德州大学奥斯汀分校，机械工程系教授，著名固体物理学家，今年94岁高龄的John B. Goodenough(约翰·班宁斯特·古迪纳夫)说“未来几年电池会取得重大的改进，包括电池安全性，价格，能量密度，使用寿命，充放电速度等。

笔者理解，未来几年锂离子电池会越来越安全。目前说锂离子电池是安全的、是绿色的主要依据是：

(1)锂离子电池与汽(柴)油、与天然气相比，在自然(常态)条件下，不会自燃，没有泄露。

(2)与铅酸电池相比，在自然(常态)条件下，对空气、对土壤没有污染。

一些专家再三强调，锂离子电池也不是安全的、不是绿色的。说的是超出了”自然(常态)条件“的情形下可能会发生的事件。比如说，电池质量差、受到外力打击、充(放)电过渡等极端情景。

二、中国电动汽车是安全的、是环保的主要依据是什么？

(1)中国电动汽车(新能源汽车)规定必须使用锂离子电池，不得使用铅酸电池。普通人对铅酸电池不环保已经了解和认识。

(2)中国电动汽车(新能源汽车)规定必须是”纯电驱动“模式。锂离子电池是具有划时代意义的科学发明。中国纯电动汽车使用的动力的类别与世界科学技术进步是同步的。

(3)电动汽车生产厂家采购的锂离子的动力电池，其生产厂家都是政府许可的厂家，其产品质量的好坏，是有政府背书的，政府对动力电池厂家是严格管控的。

(4)中国电动汽车采用的是锂离子动力电池，其安全性、环保性，这是相对燃油(燃气)汽车而言的。

三、中国动力电池包产品质量(安全性)进步日新月异的

5年前，电动汽车生产是小批量的，整车生产技术不成熟，侧重于对工程应用方案的验证，处于市场验证阶段的。从图1看出，电池包的线束集成比较简单，导线将极柱测量点延长至接插件，再由接插件与LECU连接。采样线束长、接插点。存在采样线束凌乱，线束磨损短路将有电芯短路的风险。

图1 五年前的动力电池包

5年后，电动汽车生产开始上批量了，整车生产技术基本成熟，侧重于市场放量阶段。部件模块化程度已经很高了。主要由Module、BMU、PDU、水冷系统、MSD、结构件、高低压线束组成，采用了电路板代替部分采样线。

图2 五年后的动力电池包

四、中国纯电动汽车主要高压器件质量(安全)技术介绍

下面是纯电动汽车高压系统原理图，从原理图上，主要高压器件有电池包、高压盒、电机、DC/DC、A/C等5种高压器件。从工程上讲，高压器件的质量以及彼此联接件质量做到位了，电动汽车的安全就能得到保障。安全指标持续提升是永恒的课题，具体问题，再具体探讨。

图3 纯电动汽车高压系统原理图

电动汽车通常配备有300V以上和电流可达200A以上的电源系统。这与传统汽车只配有12/24V的电源系统，其安全等级是完全不一样的。电动汽车的这种高电压和大电流的特点，可能危及高压零部件的使用安全性和人身安全。从工程上讲，必须把安全措施做到位，下面分别予以介绍：

(1)高压配电盒安全技术

图4 高压配电盒外形及内部结构

有企业工作经验的人都知道，每一个工厂都有一个配电房。一辆汽车比作一个工厂，高压配电盒(见图4)就是工厂的配电房。电动汽车高压箱(PDU)的功能是动力电池与各高压设备的电源和信号传递的桥梁，并随时检测整个高压系统的绝缘故障、断路故障、接地故障及高压故障等，是整车系统动力电能安全传输的保障性措施。

纯电动汽车高压配电盒里面有铜排、断路器、空开、接触器、软启、变频器、变压器、接触器、高压继电器、熔断器、浪涌保护器、互感器、电流表、电压表、转换开关等。

a)设计高压配电盒的基本目的：确保汽车运行安全、驾乘人员安全和汽车运行环境安全。

b)设计高压配电盒的必要性：动力电池作为电动汽车的能量存储装置，受到整车尺寸小，可用空间非常有限、且布置困难的影响，于是工程上，将各回路的接触器及保险丝等集成起来，一方面能满足整车动力驱动要求，二是便利动力电池系统的维修，减少不用拆卸动力电池包。

c)高压配电盒设计要求：器件布置紧凑、易于拆卸和装配

d)安全措施是，注重散热布置，严防温度聚焦升高。

与高压配电盒相连接的高压部件包括：动力电池、电机控制器、变频器、逆变电源、电动空调、电动除霜、充电座等。目前一般采用铸铝外壳和接插件，防护等级达到IP67水平。后续的发展趋势是，朝体积小、轻量化、智能化方向发展。

(2)高压连接器及高压线束线安全措施

传统连接器设备已经难以满足其大电流、高电压的要求，电动汽车连接器必须是大功率连接产品。如果不符合要求，电动汽车发生火灾事故的必然的。电动汽车连接器必须是汽车级的产品，工业级的产品是不符合要求。主要指标有IP等级、绝缘等级、低电阻性、防错性、锁止功能。

图5不同规格的高压连接器

线束是指由铜材冲制而成的接触件端子(连接器)与电线(电缆)压接后，外面包裹塑压绝缘体或外加金属壳体等，对线束进行捆扎形成连接电路的组件。从功能上来分，有运载驱动执行元件(作动器)电力的电力线和传递传感器输入指令的信号线二种。电力线上分为低压线束(见图5)和高压线束(见图7)二种。

图5 汽车低压线束

高压线束是电动汽车里面的连接器与连接器之间的线缆，是支持整个汽车安全运行的、非常关键的连接件。一是要求屏蔽、有IP等级、防过热或燃烧，汽车使用是环境是恶劣的，如果不符合要求，是最容易出现自燃的部件。

图6汽车高压线束

五、ISO26262国际标准引导下，中国电动汽车会愈来愈安全

ISO26262定位在汽车行业中特定的电气器件、电子设备、可编程电子器件等专门用于汽车领域的电子、电气产品功能安全的国际标准。ISO 26262为汽车安全提供了一个生命周期(管理、开发、生产、经营、服务、报废)理念，并在这些生命周期阶段中提供必要的支持。该标准涵盖功能性安全方面的整体开发过程(包括需求规划、设计、实施、集成、验证、确认和配置)。

随着中国新能源汽车发展，厂家的技术水平越来越高，通过积极贯彻ISO26262国际标准，中国新能源汽车安全的生态圈必将形成，人们对电动汽车安全的忧虑也会慢慢消除的。