课件5---电动汽车高压与低压系统

电动汽车构造与维修任课老师：书号：项目五、电动汽车高压与低压系统xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx学习导航5.1高压系统概述5.2高压防护系统5.3低压系统电气原理学习目标•掌握电动汽车高压系统的组成；•掌握电动汽车各零部件的作用与原理；•掌握车辆接地概念与纯电动汽车电网结构；•掌握电动车辆绝缘监测方法；•掌握电动汽车高压高压系统防护。5.1.1高压系统组成请思考：什么是高压系统？什么是低压系统？•电气系统是电动汽车的神经，承担着能量与信息传递的功能，对纯电动汽车的动力性、经济性、安全性等有很大的影响，是电动汽车的重要组成部分。电气组成：低压电气系统、高压电气系统、整车网络化控制系统。5.1.1高压系统组成•纯电动汽车的工作电压在200V以上，工作电流达数十、甚至数百安培，当发生高压安全故障，高电压和大电流不仅危及乘客人身安全还会影响低压电气的整车工作。•在车辆的生产与优化中，电动汽车的高压系统分为分体式的高压系统与集成式高压系统。•分体式高压系统的高压配电盒、DC/DC变换器、车载充电机、PTC加热器控制、电机其控制器等都是各自独立存在的。•随着技术的改进，集成式高压系统有三合一，四合一、五合一等等。5.1.1高压系统组成五合一高压仓TM驱动器ISG驱动器DC-DC助力转向C输出V输出W输出U输出B输出C输出AISG键盘ISG编码器TM键盘控制端口TM编码器助力转向输出DC-DC输出（+）DC-DC输出(-)ISG指示灯TM指示灯高压仓（-）5合1内部助力转向键盘辅件控制输入（-）输入（+）高压仓（-）驱动器（+）高压仓（+）高压仓（-）助力转向（+）DC-DC（+）助力转向（+）助力转向（-）DC-DC（+）DC-DC（-）DC-DC输出（+）DC-DC输出（-）高压仓（-）高压仓（-）驱动器（+）驱动器（+）TMJ3TMJ3ISGJ3ISGJ3TMJ1ISGJ1UVWUVWUVWJ3J15.1.1高压系统组成纯电动汽车的高压电驱动系统结构图5.1.1高压系统组成高压电路连接原理图5.1.1高压系统组成通过高压系统电路原理图说说是怎么工作的？•第一代纯电动汽车都基本是这样进行设计生产的，整车共分为5段高压线缆，即连接动力电池到高压控制盒之间的动力电池高压电缆，连接高压控制盒到电机控制器之间的电机控制器电缆，连接快充口到高压盒之间的快充线束，连接慢充口到车载充电机之间的慢充线束，连接高压控制盒到DC/DC、车载充电机、空调压缩机、空调PTC之间的高压附件线束。5.1.1高压系统组成为什么要将电气部件的控制与管理系统进行整体集成化设计？•现在电动汽车多采用了集成技术，典型的如PDU、PEU等。快充线束高压电缆电机控制器电缆高压附件电缆慢充线束车载充电机DC/DC电机控制器高压控制盒高压附件电缆5.1.2PEU系统•PEU上端结构主要由：电机控制器、车载充电机、DC-DC、PTC控制器、快充继电器、熔断器、互锁电路等构成。•PEU下端结构由2个3.3KW车载充电机模组构成，安装在PEU下方，中间是冷却水套。5.1.2PEU系统PEU内部结构DC保险空调保险暖风保险OBC保险（从上至下）快充继电器PTCDCDCMCU5.1.2PEU系统PEU内部模块系统主要部件组成：•低压直流电源：供给PEU控制部分直流电源；•高压直流电源：MCU模块、DC-DC模块、PTC模块的高压直流输入；•交流电源：OBC模块的交流电源输入；•三相交流负载：作为MCU模块输出的模拟电机负载；•低压直流负载：作为DC-DC模块的输出负载；•高压直流负载：PTC模块和OBC模块输出负载，两者不同时使用；•温湿箱：模拟PEU单元的工作环境条件；•冷却系统：对PEU单元进行冷却散热，保证系统正常运行；•数据采集：完成PEU单元中各个模块电路的输入输出电量参数和温度等参数的信息采集。5.1.2PEU系统PEU内部模块系统工作原理5.1.2PEU系统EV200高压系统保护功能5.1.2PEU系统EV200PEU上OBC信号控制端引脚定义OBC信号控制端引脚定义针脚编号针脚名称功能描述A12V常电12V蓄电池→车载充电机B12VGND车载充电机→12V蓄电池COBCENVCU车载充电机→整车控制器DVCUENOBC整车控制器→车载充电机ECANHCAN通讯线FCANLGCANShieldCAN屏蔽层，接RC阻容到车身RCCOUTOBC充电机告知VCU充电枪连接状态5.1.2PEU系统EV200外部连接端口功能（请参考教材）5.1.2PEU系统PEU故障排查---慢充故障检测•CC信号对PE地线电压测量，请探讨：该项故障如何进行检测？5.1.2PEU系统•OBC测量5.1.2PEU系统DCDC不工作问题检测，请探讨：该项故障如何进行检测？•DCDC低压电池电压测量此电压为整车未启动低压电池电压此电压为整车启动后DCDC工作正常电压5.1.2PEU系统•DCDC输出保险5.1.2PEU系统PEU报绝缘故障，请探讨：该项故障如何进行检测？•测量各模块对地的阻值，若有异常则检查该模块的连接线束；分别检测OBC输入L、N对外壳之间的阻值，应为无穷大，若阻值过小则需拆盖检测该线内部（L/N）对外壳之间是否有故障，若无则需更换OBC模块。5.1.2PEU系统请说说：除了上述故障外，PEU常见故障还有哪些，如何处理？5.1.3高压线缆•高压元器件之间通过线缆传递电能，而这些线缆对操作者也必然存在高压威胁，所以国际通用的标准是将这些高压线缆用颜色鲜明的橙色外皮或者护套保护起来，不仅能起到良好的绝缘作用还有必要的警示效果5.1.3高压线缆知识拓展：高压线缆要求•电缆要满足大电流、高电压，并具有良好的电磁屏蔽性能、较好的柔软性、耐冲击、耐振动。电动汽车用高压电缆，为多芯电缆，芯线由内导体和芯线绝缘层构成，最外层为外护套；芯线多芯绞合后，在其外层依次设有由铝塑复合薄膜绕包形成的第一层屏蔽层和由镀锡铜线编织形成的第二层屏蔽层。芯线绝缘层、外护套为硅橡胶。5.1.3高压线缆知识拓展实训任务1：高压部分的断电与上电实训任务1：高压部分的断电与上电•实操所需材料与工具：警示标志，警示隔离带；安全绝缘用具；汽车专用万用表；放电工装；学习用车。学习导航5.1高压系统概述5.2高压防护系统5.3低压系统电气原理5.2.1车辆接地系统•纯电动汽车高压电系统回路的短路、漏电等故障都为纯电动汽车的高压用电安全构成了潜在的威胁。•纯电动汽车驱动能量的唯一来源是动力蓄电池，因此纯电动汽车的高压电配置中只有动力蓄电池组一个高压母线电路、高压电安全管理系统对高压电路的用电及安全进行直接的管理和控制。•纯电动汽车高压电系统主要包括动力蓄电池、逆变器和电动机等几个主要部分。•由于高压电系统电压高达几百伏，任何一部分故障都会为纯电动汽车带来潜在的危险。•为了充分保证纯电动汽车高压电系统的用电安全，需要在分析高压电系统故障的基础上制定安全管理策略。5.2.1车辆接地系统纯电动汽车适用的电网结构～IT网络•纯电动汽车采用IT网的高压电供电网络结构，高压元件有绝缘监控供电系统的网络结构决定了从供电器（比如高压蓄电池）到用电器（比如电机）的电能传输路径。•电源端的带电部分不接地或有一点通过阻抗接地，电气装置的外露可导电部分直接接地。•纯电动汽车所用的高压网络结构决定了从供电器（如动力电池）到用电器（如驱动系统）的电能传输路径。•由于车体与大地是一个相对的参照系统，因此与地面固定装置不同的地方在于车辆内的“地”是相对零电位的系统基准点-车体。•对于纯电动汽车，所谓的接地就是用导线连接车身，这里要说明的是，对于纯电动汽车高压系统与低压不会共地。5.2.1车辆接地系统纯电动汽车适用的电网结构～IT网络•供电器与车身绝缘，用电器壳体与车身连接。相对于单个部件的安全接地，系统层面的安全接地作用更深一层，包含了电气安全和EMC设计。•IT系统，由于电源与车身没有导通连接，所以即便正极对壳体漏电，壳体与车架连接，也不会形成回路。保险丝不会熔断，也就不会被断电。在纯电动汽车上应用的TN～C系统在纯电动汽车上应用IT系统5.2.1车辆接地系统等电位连接。请思考什么是等电位？•在欧盟，ECER100中针对等电势也做出了规定，要求高压组件外壳至车身任一点之间的电阻不大于0.1Ω。5.2.1车辆接地系统等电位案例分析：第1个故障与第2个故障分别会出现什么状态？5.2.1车辆接地系统纯电动汽车车载IT网络构造5.2.1车辆接地系统充电状态时的TT或者TN网络应用•纯电动汽车车身保护接地措施5.2.2绝缘防护绝缘防护等级5.2.2绝缘防护关于绝缘防护的一些重要定义5.2.2绝缘防护定义Ⅰ类设备（见图4-26所示）依靠基本绝缘对带电部件进行防触电保护，并把这个设备中外露可导电部件与保护导体相连的设备。图4-26一类设备定义Ⅱ类设备（见图4-27、4-28所示）使用双重绝缘或加强绝缘进行防触电保护的设备。图4-27二类设备图4-28Ⅱ类设备图标5.2.2绝缘防护触电防护•触电防护应包含防止人员与任何带电部件的直接接触和在带电部件的基本绝缘故障的情况下的触电防护。电池剩余容量：70%蓄电池电压：201.2V高压回路电压：196.4V高压回路电流：196.4A；正端绝缘电阻：0.35Ω/V负端绝缘电阻：0.35Ω/V•请思考：什么是直接接触防护？•请思考：基本绝缘故障情况下的防护？•请回答：高压安全监控系统四大模块的作用分别是什么？4.2.3电气隔离请思考：什么是电气隔离？•请思考：试通过右图说明电气隔离的绝缘安全作用？5.2.3电气隔离绝缘电阻检测与车载在线绝缘电阻监测•纯电动汽车中的DC～DC转换器中的变压器起到了电气隔离的绝缘效果，将高压与低压完全隔离开。•纯电动汽车是一个复杂的机电一体化产品，其中的许多部件包括动力电池、电机、充电机、能量回收装置、辅助电池充电装置等都会涉及高压电器绝缘问题。5.2.3电气隔离纯电动汽车直流高压系统的绝缘检测技术有哪些？•请分析：试通过右图分析并说明纯电动汽车绝缘电阻测量原理工作原理。•绝缘电阻的具体数值由4个测量电压值和已知标准电阻计算得到，最终结果的精度与电压测量和标准电阻的精度直接相关。另外，开关动作前后，电池电压随汽车加、减速的变化对结果的影响也应分析。纯电动汽车绝缘电阻测量原理5.2.4手动断开装置图4-33a手动断开装置结构与原理图4-33b手动断开装置结构与原理•在纯电动汽车的装配、保养和维修的操作中，需要有手动断开的电气回路的功能，保证在操作过程中人员和能接触到的电气设备上面不带有危险电压。•纯电动汽车上应用最多的手动高压断开装置称为维护开关（或保养开关、保养插头等等），位于动力电池组的电气中点。5.2.5自动断路•当存在某些特殊条件（如碰撞、绝缘故障、高压电气回路断开、过流或者短路等）发生时，自动断路功能可以在没有使用者干预的情况下，通过继电器、断路器等装置将高压回路电气回路断开，从而达到保护人员和电气系统安全的目的。自动断路装置要具备人工复位的能力。5.2.6环路互锁安全回路，请分析并说出图中的工作原理。•安全回路线是个环形线路，通过低压元件（互锁信号源）来收发信号来监控高压电网，来检查整个高压产品、导线、连接器及护盖的电气完整性（连续性），安全回路线要是断路的话，会导致高压系统立即被切断。大众公司混合动力汽车互锁环路系统原理5.2.6环路互锁大众公司混合动力汽车互锁环路系统原理•电池控制单元与CAN总线相连，其除了动力电池能量与温度管理的功能外还提供高压互锁电路（安全回路）的信号发生与接收。对穿过所有高压部件的安全回路线路施加电流监控信号。5.2.6环路互锁案例：大众公司高压连接线总成•这些安全回路线也是安全线，从电池控制单元引出到电池控制单元终端。这些安全线可以通过高压连线与高压插接头将各个高压部件串联起来，并且与高压部件壳体盖触发器同样能够通过桥式连接与安全线相连。5.2.6环路互锁案例：奔驰公司安装在车架上的两个发动机盖触发器开关•电池控制