PACK产品开发与设计(13)：高压电气系统总体设计1——电气设计要求

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动力电池包的电气系统可分为高压电气系统、低压电气系统和CAN总线通信网络。

高压电气系统设计的目标满足整车高压系统的动力电能的传输要求，确保高压系统安全可靠地运行

设计内容高压电气部件的选型和设计、高压部件和高压线束防护与标识、预充电回路保护、高压过载/短路保护等

电池包的电气架构

（1）高压电气设计通用要求

高压电气系统需根据系统电压（如300-1000V）、电流等级（充放电电流）、环境条件（温度、湿度、海拔、振动等）进行选型，确保满足车载工况需求。

温度适应性部件需耐受-40℃~150℃极端温度，高温场景（如800V平台）需选用耐高温材料（如氟橡胶绝缘层）

机械防护高压部件需具备抗震、抗冲击能力，线束固定间距≤300mm，避免晃动磨损

（2）高压电气部件标识

现行参考标准GB 18384—2020《电动汽车安全要求》

1）对车辆高压部件通过粘贴高压警告标识（符号的底色为黄色，边框和箭头为黑色）以对人员的接触触电进行提示警告；

2）对高电压的线缆和线束外皮应用橙色进行区别以警示人员的接触。

3）绝缘和耐压

在全生命周期内，要求高压电气系统的输出端（正极和负极）与电池箱体之间的绝缘阻抗大于2.5MΩ，或者满足GB 18384—2020《电动汽车安全要求》规定的高压电气回路绝缘阻抗要求。

绝缘防护必须考虑密封性能，如果水或者水蒸气进入电池包内部，可能导致高压绝缘失效。

高压电气系统的输出端（正极和负极）与电池箱体之间的耐电压强度应满足《电动汽车安全要求第3部分人员触电防护》（GB/T18384.3-2015）规定的相关要求。

4）直接接触防护

GB 18384—2020《电动汽车安全要求》

概念通过绝缘材料、外壳或遮拦实现人体与B级电压带电部件的物理隔离。

主要包括电气绝缘、屏保防护

这些防护装置应具有牢固可靠，耐机械冲击等特点；在不使用工具或无意识的情况下，它们不能被打开、分离或移开。

带电部件在任何情况下都应由至少能提供《外壳防护等级（IP代码）》（GB/T 4208—2017）中IPXXD防护等级的壳体来防护，同时规定在打开电池箱体上盖后，应具有IPXXB防护等级。

PACK内部很多塑料件和绝缘盖板等都是为了防止直接接触，例如模组绝缘盖板和总正负极高压防护盖

5）间接接触防护

主要包括等电位、电气间隙和爬电距离

现行参考标准《低压系统内设备的绝缘配合第1部分原理、要求和试验》（GB/T16935.1—2023）

动力电池系统应通过绝缘的方法来防止与高压电气系统中外露的可导电部件的间接接触，所有电气部件的设计、安装应避免相互摩擦，防止发生绝缘失效。

尤其是高压线缆的布置需要考虑安全间隙，并进行必要的固定和绝缘防护，应避免在行车过程中与可导电部件发生摩擦。

电池箱体必须与车辆的地（车身作为电平台）实现等电位连接，连接阻抗应不超过0.1Ω。电池包上的所有可接触的导电金属部件（比如模组金属端板/侧板、电池箱体金属上盖、金属支架、水冷板等），都必须与电池箱体是等电位连接的。

等电位联结的螺栓或线束还需满足一定截面积的要求，一般要求等电位联结的导线或螺栓其截面积总和需大于等于电池系统中高压导线截面积。

等电位连接的导体，要求其颜色为黑色，便于维修和拆卸时辨认。

6）预充电回路保护

由于整车端高压电气系统中存在大量的容性负载，直接接通高压主回路可能会产生高压电冲击，为了避免接通瞬间的大电流冲击，高压电气系统需具有预充电功能。

通常，预充电时间不超过1000ms。并且在短时间内的频繁上下电不能出现预充电阻过热损坏的现象。

预充电路的作用

1) 保护电源开关管当电源开关管（如MOSFET）在开启瞬间，如果电池组两端的电压差过大，会使得开关管承受过高的电流冲击，可能导致开关管损坏。

2)防止电路中的电感产生过大的电压尖峰电路中的电感元件在电流快速变化时会阻碍这种变化，可能导致电压尖峰，预充电路可以平滑这种变化。

3)保护电池快速充电可能会损坏电池，尤其是在电池电压非常低的情况下，预充电路可以避免这种情况。

预充电路的工作流程

a) 启动阶段当电源开启时，预充电阻被串联接入电路中，限制了流入电池的电流。

b) 预充过程电池组开始缓慢充电，电压逐渐上升。此时，电流受到预充电阻的限制，不会过大。

c)电压监测电压检测电路持续监测电池组的电压，当电压达到预定的阈值（通常是电池组额定电压的某个比例）时，表示预充完成。

d)结束预充一旦预充完成，控制开关的电路会断开预充电阻，闭合主电源开关，电池组进入正常工作状态。

7）过载/短路保护

当高压电气系统中发生瞬时大电流或者短路时，要求能自动切断高压回路，以确保高压附件设备不被损坏，避免发生电池的热失控，保证驾乘人员的安全。

设置保护部件，例如熔断器

应合理地控制过流时间，防止整个动力系统因为长时间过载而发生过热起火事件。

熔断器布置位置仅作为过载分断的熔断器，可以布置电路的任何串联位置，做短路分断的熔断器，应布置在尽可能靠近电源端的位置。

8）高压电磁兼容性

高压线束布置和接插件选型应考虑电磁兼容需求。高压线束设计时，主回路动力线缆与信号线尽量采用隔离或分开布线。电池包外部连接用高压线束、高压接插件选型要求接地和屏蔽隔离。

改善EMC的性能的措施

1）尽量降低干扰的强度

2）尽可能地提高抗干扰的能力

3）适当应用屏蔽设计

原文标题:PACK产品开发与设计(13)高压电气系统总体设计1——电气设计要求