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IAV電動汽車功能安全和高壓安全開發應用

2013年12月30日 03:12 來源:IAV GmbH 作者:susan
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電動汽車和混合動力汽車的高壓安全問題,僅依靠絕緣厚度無法解決,這就意味著整車制造商必須開發新的安全概念。電動汽車存在的最明顯的新的問題之一是電池的高電壓。到目前為止,12V電壓已經遠遠不夠,因為即使是小電機也會消耗約40kW的電力。這就意味著需要3300A的電流,因此需要巨大的電纜直徑。相反,300V電壓,電流僅為130A。

然而,幾百伏的電壓是致命的。人體抵抗力約為千歐姆,當接觸300V電壓時,將會有300mA流經人體。但是超過50mA就是致命的。因此必須保證在正常運行期間、研討會期間和事故期間,人們不會接觸到高壓電。然而,目前汽車市場上幾乎沒有任何專家研究這一方面。這也是為什么IAV不僅進行員工培訓,還在大學進行演講,以此來喚醒下一代工程師的意識。

 

安全——高壓電池與汽車外殼分離

在正常行駛時,12V汽車電氣系統和高壓電動機,將會確保司機的安全。即使司機接觸到高壓電端子,也不會發生事故,因為端子和汽車外殼是分離的。電纜位于面板之后,只能依靠專用工具打開。還可進行絕緣測試,電池的自動監測功能可以檢查絕緣電阻是否足夠高,如果不是,車輛會顯示報警信息。氧化連接亦很危險。導電接觸不良將會導致平行電弧放電,產生電火花。在瑞士,曾發生過房屋燒毀事件,原因是在太陽能電池組件中發生了電弧放電。這也是電動汽車面臨的問題,因為其攜帶了易燃液體和氣體。在混合動力汽車中,汽油也是類似的存在。

 

碰撞中將會發生什么?

碰撞安全是高壓安全專家面臨的最大的挑戰。開始時,他們無法預測所有的因素,必須保護乘客和救援人員遠離危險的沖擊電流。第一步是建立一個大型的潰縮區:在可能的情況下,應將高壓電池置于后排座椅下方,功率電子置于發動機艙內靠近擋風玻璃處。特別是在混合動力車輛上,因為幾乎沒有留給額外零部件任何可用空間,不會允許所有的零部件按照理想方式布置。

 

圖1  安全裝置示意圖

在事故發生時,專家使用來自氣囊控制單元和碰撞傳感器的信號以快速關閉高壓電。這里使用兩個繼電器(主接觸器)在150毫秒之內斷開高壓電池和電源系統的連接。不過危險的電能也會在電容器甚至是轉動的電機之中被發現。功率電子確保電容器以可控的方式在這些地方釋放電能。電機主動短路,運轉得更慢同時以更快的速度釋放電能。不過,全部這些都要假設功率電子和控制單元的電池—12V電池—在事故后仍然能夠工作。迄今為止,IAV從碰撞試驗中獲得的經驗并沒有揭示這方面的任何問題。

要確保在車間修理電動車的時候沒有任何意外發生。為了確保意外不會發生,應采取措施,例如:可插拔的維修開關允許技術人員可以分開兩個獨立的電池塊。一旦按下開關,車輛的高壓電池外不存在高壓電。提供機械師足夠的時間來等待車內電容器釋放電能。對于普瑞斯,豐田推薦的等待時間為7秒。高壓電池本身的修復,應當由經過培訓的專家進行操作。

 

充電接口的挑戰

一些充電接口高壓安全的挑戰必須被解決。事實上,用于傳導充電的不同的插座類型和不同的充電模式都被國際標準化組織規范了。電動車充電應當能夠在不同的電網環境及全球各類充電插座下安全進行。因此依據這種充電模式(充電模式1~3為交流充電,4為直流充電),必須保障不同安全功能。在公共充電站和已應用于部分電動車的可行的安全功能包括:剩余電流裝置,過電壓保護,主保險和固定裝置。在充電模式2、3及4中高壓充電僅在信號交流確認后,及檢查完所有充電接口的安全電流連接后開啟。

感應充電在沒有充電電纜和充電接口的情況下進行。充電系統通過氣隙將電能從原線圈傳遞到帶有副線圈的電動車上。整個充電過程沒有電纜和物理接觸。安全功能為固定裝置,絕緣監測和剩余電流裝置。


 

編輯:susan