1電動汽車高壓系統(tǒng)概述

電動汽車高壓系統(tǒng)是電動汽車的核心部分，主要包括動力電池、電驅(qū)、電控以及高壓配電系統(tǒng)（PDU，內(nèi)部包含高壓繼電器、熔斷器、電阻等器件）、電動壓縮機(jī)總成（CCU）、直流直流轉(zhuǎn)換器（DC/DC）、車載充電機(jī)（OBC）、PTC加熱器等部件?；旌蟿恿﹄妱悠囘€包括發(fā)電機(jī)及其控制器（GCU）。

早期的電動汽車高壓系統(tǒng)由N個(gè)獨(dú)立部件組成，隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些部件開始向集成化方向發(fā)展，系統(tǒng)的整體性能和可靠性進(jìn)一步提升。高壓系統(tǒng)組成如圖1所示。

2電動汽車高壓架構(gòu)簡介

電動汽車的高壓架構(gòu)指高壓電氣系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)，根據(jù)整車功能、性能以及安全性等要求確定整車高壓架構(gòu)。按照正向設(shè)計(jì)思路，先確定整車高壓架構(gòu)，再進(jìn)行高壓部件開發(fā)、選型。高壓架構(gòu)需要明確動力電池和各高壓部件的連接關(guān)系，主正、負(fù)接觸器和預(yù)充電路的位置（在電池包內(nèi)，還是在PDU內(nèi)），是否配置獨(dú)立高壓盒（PDU），高壓互鎖檢測的方式，以及部件之間的集成關(guān)系等（如OBC和DC/DC集成為二合一，電機(jī)控制和電機(jī)、減速器集成為電驅(qū)三合一）。圖2為某車型高壓架構(gòu)示意圖。    

對于某一車型，高壓架構(gòu)沒有絕對的優(yōu)劣，只有適合或更適合，評價(jià)的維度不同，體現(xiàn)的價(jià)值就不同。比如部件集成度高能夠減小總體積，降低成本，但可能帶來裝配空間受限、售后維護(hù)成本高等問題。

3高壓性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)依據(jù)及主要內(nèi)容

高壓系統(tǒng)性能指標(biāo)是整車高壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分，也是高壓零部件的設(shè)計(jì)輸入，并作為后續(xù)零部件和整車驗(yàn)收的重要依據(jù)。通過高壓系統(tǒng)性能指標(biāo)能更好地指導(dǎo)高壓零部件開發(fā)，保障系統(tǒng)安全，提升系統(tǒng)品質(zhì)，減少整車高壓安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.1高壓性能指標(biāo)設(shè)計(jì)依據(jù)

高壓性能指標(biāo)分為零部件級和整車（系統(tǒng)）級，高壓架構(gòu)中明確了高壓零部件的類型和連接關(guān)系，高壓性能指標(biāo)從高壓系統(tǒng)匹配、高壓系統(tǒng)安全、高壓能量管理、高壓系統(tǒng)品質(zhì)4個(gè)方面進(jìn)行描述。

1）基于整車性能目標(biāo)，結(jié)合系統(tǒng)匹配和故障處理策略等要求，分解得到高壓系統(tǒng)匹配相關(guān)的性能指標(biāo)項(xiàng)。    

2）基于新能源汽車安全相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中功能安全和高壓安全內(nèi)容，分解得到高壓系統(tǒng)安全相關(guān)的性能指標(biāo)項(xiàng)。

3）基于相關(guān)高壓零部件法規(guī)要求，以及整車高壓系統(tǒng)性能要求（充電時(shí)間、能量轉(zhuǎn)換效率、熱管理等），分解得到高壓能量管理相關(guān)的性能指標(biāo)項(xiàng)。

4）基于高壓系統(tǒng)性能要求和整車性能目標(biāo)，分解得到高壓系統(tǒng)品質(zhì)相關(guān)的性能指標(biāo)項(xiàng)。

3.2高壓性能指標(biāo)主要內(nèi)容

3.2.1高壓系統(tǒng)匹配

根據(jù)整車動力性要求，通過動力性仿真分析，給出動力總成需求（功率、轉(zhuǎn)速、扭矩等）。

根據(jù)電壓匹配、動力性及續(xù)航等要求，通過動力性仿真分析，給出動力電池需求（電壓、電量、充放電功率等）。

根據(jù)動力電池的電壓工作范圍及系統(tǒng)匹配要求，通過動力性仿真，結(jié)合扭矩分配策略及零部件自身的特性等，給出前后MCU的故障處理策略，相關(guān)高壓線束及熔斷絲的選型，以及與整車高壓系統(tǒng)的匹配校核。

根據(jù)電池的電壓工作范圍及系統(tǒng)匹配要求，結(jié)合性能指標(biāo)要求及零部件自身的特性等，給出OBC、DC/DC、PTC和CCU等的故障處理策略，高壓線束及熔斷絲的選型，以及與整車高壓系統(tǒng)的匹配校核。

3.2.2高壓系統(tǒng)安全

按照GB18384—2020《電動汽車安全要求》和GB/T43332—2023《電動汽車傳導(dǎo)充放電安全要求》[4]中對高壓安全和功能安全的要求，分解出以下指標(biāo)（示例）。    

1）高壓警示標(biāo)識。高壓零部件應(yīng)具有高壓警示標(biāo)識，且張貼在醒目位置，標(biāo)識符合規(guī)范要求，布置在濕區(qū)的標(biāo)識有一定的抗侵蝕能力。

2）絕緣保護(hù)、耐壓防護(hù)及電位均衡，整車高壓系統(tǒng)及零部件需滿足《電動汽車安全要求》中

5.1.4規(guī)定的間接接觸防護(hù)要求。

3）主被動放電、高壓互鎖、IP防護(hù)及碰撞安全。

3.2.3高壓能量管理

根據(jù)GB/T24347—2021《電動汽車DC/DC變換器》以及整車的經(jīng)濟(jì)性仿真分析要求，給出DC/DC轉(zhuǎn)換性能（輸出效率、電壓超調(diào)量等）。

根據(jù)GB∕T40432—2021《電動汽車用傳導(dǎo)式車載充電機(jī)》以及整車系統(tǒng)匹配要求，給出OBC充放電的轉(zhuǎn)化性能（充放電的電流控制精度、電壓控制誤差等）。

3.2.4高壓系統(tǒng)品質(zhì)

根據(jù)系統(tǒng)開發(fā)匹配要求，給出系統(tǒng)上下電品質(zhì)設(shè)計(jì)要求（上下電時(shí)間、繼電器閉合時(shí)間等）。

根據(jù)系統(tǒng)開發(fā)匹配及整車性能目標(biāo)VTS要求，給出高壓系統(tǒng)外接充放電的設(shè)計(jì)要求（充電時(shí)間、充電效率等）。

4高壓性能指標(biāo)的試驗(yàn)與驗(yàn)證

當(dāng)所有系統(tǒng)和零部件級的高壓性能指標(biāo)確定后，進(jìn)行零部件設(shè)計(jì)、選型和系統(tǒng)集成工作。如果零部件某些參數(shù)無法達(dá)到指標(biāo)要求，經(jīng)專業(yè)組評審后決策是否堅(jiān)持既定性能指標(biāo)。若調(diào)整指標(biāo)，需同步更新性能指標(biāo)清單并報(bào)備。    

4.1單件測試

零部件開發(fā)完成后集成到整車之前，需要進(jìn)行必要的功能和性能驗(yàn)證，至少應(yīng)包含動力電池與BMS、驅(qū)動電機(jī)與MCU、高壓配電盒、車載充電機(jī)、DC/DC轉(zhuǎn)換器、電動壓縮機(jī)、PTC加熱器和高壓線束等部件的單件測試。

測試時(shí)需要用到必要的設(shè)備（如電子負(fù)載、電阻負(fù)載、示波器、功率分析儀、絕緣檢測儀、耐壓測試儀和CANoe等），甚至搭建專用測試臺架。這些測試對于確保電動汽車高壓部件的安全性和性能至關(guān)重要，能夠有效保證高壓部件的性能、安全性和可靠性。具體測試項(xiàng)目包含但不限于以下內(nèi)容。

1）動力電池與BMS測試項(xiàng)目：電壓穩(wěn)定性、電流輸出、容量、充電效率等。

2）驅(qū)動電機(jī)與MCU測試項(xiàng)目：電流、功率、效率等。

3）高壓配電盒測試項(xiàng)目：電壓穩(wěn)定性、電流輸出、安全性等。

4）車載充電器測試項(xiàng)目：轉(zhuǎn)換效率、電流輸出等。

5）DC/DC轉(zhuǎn)換器測試項(xiàng)目：轉(zhuǎn)換效率、電流輸出等。

6）電動壓縮機(jī)測試項(xiàng)目：電流、功率、效率等。

7）PTC加熱器測試項(xiàng)目：電阻、溫度等。

8）高壓線束測試項(xiàng)目：電阻、絕緣電阻等。

4.2系統(tǒng)測試    

單件測試確認(rèn)完成后，需要進(jìn)一步驗(yàn)證高壓部件集成到整車上后相互之間的關(guān)聯(lián)和影響。因此需要通過系統(tǒng)測試進(jìn)一步對系統(tǒng)級的性能指標(biāo)進(jìn)行測試驗(yàn)證。

系統(tǒng)測試主要包含：整車電源分配測試、整車電壓跳變測試、能量管理測試和電氣安全測試。

1）整車電源分配測試：驗(yàn)證電源系統(tǒng)中各個(gè)電路保護(hù)器件及其所在電氣回路的電氣工作特性，確保滿足技術(shù)要求。

2）整車電壓跳變測試：模擬整車環(huán)境下各種典型的電壓變化，測試各系統(tǒng)和功能的工作情況。3）能量管理測試：①DC/DC變換器測試，評估恒流輸出和恒壓輸出特性的DC/DC變換器的控制精度和額定功率；②能量消耗率測試，測量動力蓄電池充滿電后的續(xù)駛里程試驗(yàn)期間的能量消耗率。4）電氣安全測試：①電位均衡測試，最小化電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分之間的電位差，確保阻值小于0.1Ω；②絕緣測試，測試電路絕緣電阻，確保滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

5總結(jié)與展望

本文介紹了電動汽車高壓性能指標(biāo)的匹配方法，列舉了具體性能指標(biāo)項(xiàng)，旨在明確電動汽車設(shè)計(jì)開發(fā)過程中高壓性能的匹配方法，確保電動汽車的高壓部件在各種條件下都能正常工作并具有良好的性能。

隨著新材料的研究應(yīng)用（如高性能絕緣材料），高壓電氣安全性將進(jìn)一步提升；更優(yōu)的控制策略和算法，進(jìn)一步提升高壓部件的性能和效率。建立可靠性模型，預(yù)測高壓部件的壽命和故障概率，提前暴露安全隱患?？傊妱悠嚫邏盒阅苤笜?biāo)將繼續(xù)受到研究和發(fā)展的關(guān)注，以推動電動汽車技術(shù)的進(jìn)步。    

文章來源：賽力斯汽車有限公司