电动车高压系统的组成及电气连接关系
为了更好的转入高压线束系统的设计，本文将按高压系统的学习逻辑层级不断深入，从高压系统的组成，高压系统的电气连接关系，高压线束的划分及设计考虑，高压系统原理图，这几个方面逐步深入，知识点汇总以便对电动车高压系统有个总体上的认识。1 高压系统的组成在电动汽车上，整车带有高压电的零部件有动力电池，驱动电机，高压配电箱（PDU），电动压缩机，DC/DC，OBC，PTC，高压线束等，这些部件组成了整车的高压系统，其中动力电池，驱动电机，高压控制系统为纯电动汽车上的三大核心部件。1.1 电池包与动力电池管理系统BMS与传统的燃油车不同，新能源电动车的整车动力来源是动力电池，而不是发动机。因为纯电动汽车直接使用电能，不同于传统燃油车将燃料燃烧后产生的排放物排进大气，所以为了减少环境污染，新能源汽车的发展是国家积极扶持的。动力电池的电压一般为100~400V的高压，其输出电流能够达到300A。动力电池的容量的大小直接影响到整车的续航里程，同时也直接影响到充电时间与充电效率。目前锂离子动力电池是主流，受目前技术的影响，当前绝大部的汽车均采用锂离子动力电池。图1 特斯拉电池包1.2驱动电机与电机控制器MCU电机控制器MCU将高压直流电转为交流电，并与整车上其他模块进行信号交互，实现对驱动电机的有效控制。驱动电机将电能转化为机械能，驱动汽车行驶。与传统燃油车的发动机将燃料燃烧的化学能转为机械能不同，其工作效率更高，能达到85%以上，故相比传统汽车，其能量利用率更高，能够减少资源的浪费。1.3 高压配电盒（PDU）高压配电盒是整车高压电的一个电源分配的装置，类似于低压电路系统中的电器保险盒。高压保险盒PDU（Power Distribution Unit）是由很多高压继电器，高压保险丝组成，它内部还有相关的芯片，以便同相关模块实现信号通信，确保整车高压用电安全。图2 某品牌的高压配电盒1.4 车载充电器OBCOBC（On Board Charge）是一个将交流电转为直流电的装置。因为电池包是一个高压直流电源，当使用交流电进行充电的时候，交流电不能直接被电池包进行电量储存，因此需要OBC装置，将高压交流电转为高压直流电，从而给动力电池进行充电。1.5 DC/DC在新能源汽车上，DC/DC是一个将高压直流电转为低压直流电的装置。新能源汽车上没有发动机，整车用电的来源也不再是发电机和蓄电池，而是动力电池和蓄电池。由于整车用电器的额定电压是低压，因此需要DC/DC装置来将高压直流电转为低压直流电，这样才能够保持整车用电平衡。图3 某品牌的DC/DC装置1.6 OBC与DC/DC二合一控制器受整车布置的影响，现在很多车将OBC和DC/DC两个部件合为一个部件，这个部件通常称为二合一控制器，它的作用实际上就是OBC与DC/DC两个部件的功能的组合。1.7 电动压缩机传统车的压缩机是通过压缩机电磁离合器的吸合，促使发动机带动压缩机运转。电动车没有发动机，它的压缩机是通过高压电源直接驱动的。为了与传统车的压缩机区别，这里将电动车上的空调压缩机称为电动压缩机。1.8 PTC加热器传统车上空调暖风系统的热源是引入发动机冷却后的冷却液的热量，这个在新能源车上是不存在的，因此需要专门的制热装置，这个装置被称为空调PTC。PTC（Positive Temperature Coefficient）的作用就是制热。当低温的时候，电池包需要一定的热量才能正常工作，这时候需要电池包PTC给电池包进行预热。1.9 高压线束高压线束将高压系统上各个部件相连，作为高压电源传输的媒介。区别于低压线束系统，这些线束均带有高压电，对整车的高压系统的稳定允许影响很大。高压线束设计的安全性是我们主要考虑的。2 高压系统的电气连接关系我们已经了解了电动汽车高压系统的组成部件，也对系统中各个零部件及其功能有个大概的印象。现在先给出一个简单的逻辑示意图，帮助大家回忆一下，并借助图示进行理解。1 高压系统部件连接逻辑图解2.1 图解说明建议先自己看一下，想想他们之间的逻辑连接关系，再看接下来的具体介绍。3 高压线束系统设计考虑因素高压线束的作用是连接各个高压电器件，起到传递高压电源的作用。从上图我们可以很清晰到看到高压系统当中各个部件的连接关系。所有的每个部件之间的带箭头线都是高压线。高压线束主要有快充高压线，慢充高压线，电池包到PDU的高压线，PDU到MCU的高压线等。受整车布置的影响，这几段高压线束是我们重点关注的，其他的高压线有时候是零部件自带过来的设计主要考虑因素：1.高电压电池包的电压为100~400V的高电压，这对高压线束的绝缘提出更好的要求，必须做好良好的绝缘，《GB T 18384.3-2015 电动汽车 安全要求 第3部分：人员触电防护》规定在最大工作电压下，直流电路绝缘电阻应 大于100Ω/V，交流电路应大于500Ω/V。经过这些年的发展，目前高压线束的技术也比较成熟，但是绝缘电阻这个应该是我们设计关注的点。2.大电流在高压系统中，高压电流瞬间能够打到几百安培，这对高压线束的载流能力要求更高。进行高压线束设计的时候，要充分考虑。3.防护等级因为水和灰尘的侵蚀容易造成线束的绝缘性能下降，造成高压击穿、漏电等安全隐患，高压线束进行布置的时候要特别注意，避免布置在有积水的地方，若布置在地板下面，应该增加相应的遮挡物。但是即使这样，高压线束的设计防护等级应该最高，满足国标IP67标准要求。4.抗电磁干扰高压系统的电磁环境更加恶劣，电动汽车上，反复变化的电器负荷与系统中大量采用的变频技术，造成线束电压、电流和频率的剧烈波动，产生较大的电磁干扰，与此同时，高压线束自身也会对对周边的电气电子设备造成影响，所以线束需要对电磁干扰进行屏蔽，以满足电磁兼容性的要求。5.成本高压线束相比普通的低压线束成本高昂，因此线束设计中，应尽量避免线束的过设计。4 高压系统原理图为了更好的理解整个高压系统的工作模式，研究高压系统的电能分配，经过很长一段时间的学习整理，终于绘制出了高压系统的电源分配逻辑示意图，主要研究高压电的电量分配。如下：为了更好的理解，先自行在脑袋中思考下维修开关、主正继电器、主负继电器、保险丝的作用。，然后在继续阅读。
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