新能源汽车高压系统绝缘.docx

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1、电动汽车高压系统绝缘传统燃油汽车采用12V给车内电气（车灯，雨刷，车窗，空调等）供电，不易发生触电事故.电动汽车采用动力电池提供动力驱动电动机，电动汽车高压蓄电池（动力电池）输出电压已经超出了安全电压，若系统绝缘损坏就会发生触电事故。发生触电事故的主要原因有以下几种：（1）缺乏电气安全知识；（2）违反操作规程；（3）设备不合格；（4）设备失修等。1绝缘相关概念（1）击穿在固体电介质中发生破坏性放电时，称为击穿。击穿时，在固体电介质中留下痕迹，使固体电介质永久失去绝缘性能。（2）原子结构原子由原子核和核外电子构成，这些电子绕着原子核的中心运动，就像太阳系的行星绕着太阳运行一样。原子核内有质子、中

2、子，还有其他基本粒子。（3）电流导体内的自由电子或离子在电场力的作用下有规律的流动。规定正电荷移动的方向为正方向。用字母i表示，单位为A（安）。（4）电压电路中两点之间的电位差。用字母U表示，单位是V（伏）。标称电压nomina1vo1tage一个电气系统名义的电压值。该系统的特性都与此值有关。工作电压workingvo1tage在任何正常工作状态下，电气系统可能产生的交流电压（均方根值rms）或直流电压的最高值（不考虑瞬时电压）。（5）电阻导体能导电，同时对电流有阻力作用，这种阻碍电流通过的能力成为电阻,用字母R表示，单位是（欧姆绝缘体内部：原子核周围的电子被原子核牢牢束缚，称为束缚电子，因

3、此绝缘体不导电；导体内部：存在大量脱离原子核束缚的电子,称为自由电子，因此导体导电。（6）电路e1ectrica1circuit电流可以流过的彼此相连的带电部件的集合。（7）电气间隙两导电部件之间，或一个导电部件与器具的易触及表面之间的空间最短距离，如图所示。电气间隙（8）爬电距离两导电部件之间，或一个导电部件与器具的易触及表面之间沿绝缘材料表面测量的最短路径，如图所示。爬电距离（9）直接接触directcontact人员与带电部件的接触。（10）间接接触indirectcontac1人员与基本绝缘故障情况下变为带电的外露可导电部件之间的接触。或者说指电气设备的外露导电部分因绝缘损坏而带故障电

4、压，这时人或动物接触此外露导电部分而遭受的电击。例如因绝缘破损，人挪动相线线芯碰金属支柱时遭受的电击。电动汽车本来车壳不带电，当由于电动汽车内部高压系统中的零部件的绝缘损坏导致机壳至少两点带电时，此时如果人不小心触碰车壳时，会造成间接接触触电。(11)四种绝缘电动汽车中涉及到4种绝缘，包括基本绝缘，附加绝缘，双重绝缘，加强绝缘。 基本绝缘basicinsu1ation带电部件上对防触电(在没有故障的状态下)起基本保护作用的绝缘。 附加绝缘supp1ementaryinsu1ation为了在基本绝缘故障情况下防止触电，而在基本绝缘之外使用的独立绝缘。以导线绝缘为例说明基本绝缘和附加绝缘表现形式，

5、电动汽车使用的高压电缆如图所示。一一可触及部分.带电导体基本绝缘和附加绝缘 双重绝缘doub1einsu1ation同时具有基本绝缘和附加绝缘的绝缘。双重绝缘使用的例子如：具有两层护套的电线。举例说明：一根电源线有基本绝缘，如果再套一层纤维管或热缩管，那么增加的这一层绝缘叫做附加绝缘，加强绝缘从形式上看是一层绝缘，但本质上相当于双重绝缘的功能。 力口强绝缘reinforcedinsu1a1ion提供相当于双重绝缘保护程度的带电部件上的绝缘结构。绝缘结构并不意味着绝缘必须是同类材料，它可以由几种不同于基本绝缘或附加绝缘那样能够单独试验的绝缘层组成。加强绝缘使用的例子很多，如：一般电器产品的塑胶外

6、壳。电动汽车交流充电插座属于加强绝缘，如图所示。O.7-0.8兆欧电动汽车交流充电插座对于上述4种绝缘可以拿个生活例子穿衣服来比喻：基本绝缘：穿了一件衣服；附加绝缘：可能有点冷，在原来的衣服上再加一件；双重绝缘：两件衣服的统称，即第一件衣服+第二件衣服；加强绝缘：就穿一件衣服，比较厚的保暖衣。此件衣服可以是一层也可以是两层或多层。(12)电动车的防护等级IP(INGRESSPROTECTION)防护等级系统是由IEC(INTERNATIONA1E1ECTROTECHNICA1COMMISSION)所起草，将电器依其防尘防湿气之特性加以分级。这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到电器内之带

7、电部分，以免触电。IP防护等级是由两个数字所组成，第1个数字表示电器防尘、防止外物侵入的等级，第2个数字表示电器防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高。防护等级多以IP后跟随两个数字来表述，数字用来明确防护的等级。 第一位数字表明设备抗微尘的范围，或者是人们在密封环境中免受危害的程度。代表防止固体异物进入的等级，最高级别是6,如表3.1所示； 第二位数字表明设备防水的程度。代表防止进水的等级，最高级别是8,如表3.2所示。表3.1IP后第一位数字:防尘等级说明数字防护范围说明0无防护对外界的人或物无特殊的防护1防止直径大于50mm的固体外物侵入防止人体(如手掌)因意外而接触到电

8、器内部的零件，防止较大尺寸(直径大于50mm)的外物侵入2防止直径大于12.5mm的固体夕卜物侵入防止人的手指接触到电器内部的零件，防止中等尺寸(直径大于12.5mm)的外物侵入3防止直径大于2.5mm的固体外物侵入防止直径或厚度大于2.5mm的工具、电线及类似的小型外物侵入而接触到电器内部的零件4防止直径大于1Omm的固体外物侵入防止直径或厚度大于1omm的工具、电线及类似的小型外物侵入而接触到电器内部的零件5防止外物及灰尘完全防止外物侵入，虽不能完全防止灰尘侵入，但灰尘的侵入量不会影响电器的正常运作6防止外物及灰尘完全防止外物及灰尘侵入表3.2IP后第二位数字:防水等级说明数字防护范围说明

9、0无防护对水或湿气无特殊的防护1防止水滴浸入垂直落下的水滴(如凝结水)不会对电器造成损坏2倾斜15度时，仍可防止水滴浸入当电器由垂直倾斜至15度时，滴水不会对电器造成损坏3防止喷洒的水浸入防雨或防止与垂直的夹角小于60度的方向所喷洒的水侵入电器而造成损坏4防止飞溅的水浸入防止各个方向飞溅而来的水侵入电器而造成损坏5防止喷射的水浸入防止来自各个方向由喷嘴射出的水侵入电器而造成损坏6防止大浪浸入装设于甲板上的电器，可防止因大浪的侵袭而造成的损坏7防止浸水时水的浸入电器浸在水中定时间或水压在定的标准以下，可确保不因浸水而造成损坏8防止沉没时水的浸入电器无限期沉没在指定的水压下，可确保不因浸水而造成损

10、坏欧洲标准要求：组件和接插件连接至少IP2X在断开状态，至少IP4X的连接状态，具体内容参见EN60529(VDE0470-1)o(13)I和类设备 I类设备c1ass1equipment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。在电动汽车中一类设备主要有：电动汽车的线束中带一层绝缘外皮的导线。 II类设备c1ass!equipment使用双重绝缘或加强绝缘进行防触电保护的设备。在电动汽车中二类设备主要有：电动汽车交流充电插座，各种接插件的接口,高压电缆等，如图所示。0.7-0.8兆欧电动汽车交流充电插座(14)电位均衡概念电动汽车中各个高压部件采

11、用接地线连接，保证各个高压部件电位均衡。接地的电阻值不超过0.1o(15)污染等级环境条件：根据导电物体吸湿的尘埃、游离气体或盐类和由于吸湿或凝露导致表面介电强度或电阻率下降事件发生的频度而对环境条件作出的分级。污染等级1：无污染、或仅有干燥的非导电性污染。污染等级2：一般情况下，只有非导电性污染。但是，也应考虑到偶然由于凝露造成的暂时的导电性。污染等级3：存在导电性污染，或者由于凝露使干燥的非导电性污染变成导电性的污染。污染等级4：造成持久性的导电性污染，例如由于导电尘埃或雨雪造成的污染。按照国标GB4706.1-2005需要满足爬电距离和电气间隙的要求(针对污染等级为H1使用电压220-2

12、40V,一般如下)：基本绝缘：电气间隙1.5mm,爬电距离4.0mm；双重绝缘：电气间隙3.0mm,爬电距离8.0mm；污染导致；绝缘破坏，所以电动汽车高压系统必须需要维护。(16)绝缘等级绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，分A级、E级、B级、F级、H级、C级、N级、R级。允许邈t是指电动机的温度与周围环境温度相比升高的限度。在电气设备中，绝缘材料是最为薄弱的环节。绝缘材料尤其容易受到高温的影响而加速老化并损坏。不同的绝缘材料耐热性能有区别，采用不同绝缘材料的电气设备其耐受高温的能力就有不同。因此一般的电气设备都规定其工作的最高温度。绝缘等级说明级别绝缘材料极限工作温度CC)Y木材、棉花、

13、纤维等90A漆包线、沥青漆等105E玻璃布、油性树脂漆等120B玻璃纤维、石棉等130F聚酯和醇酸类材料155H有机硅云母、硅有机漆等180C石英、石棉、电瓷材料等180以上(17)绝缘电阻简单说绝缘电阻是指绝缘物在规定条件下的直流电阻。具体说绝缘电阻是指加直流电压于电介质，经过一定时间极化过程结束后，流过电介质的泄漏电流对应的电阻称绝缘电阻。2绝缘监测重要性(1)绝缘电阻监控系统绝缘电阻监控系统是对动力电池和电底盘之间的绝缘电阻进行定期(或永久)地监视的系统。对于电动汽车高压系统来说，高压系统中所有零部件(如车载充电器，驱动电机，电机控制器，高压分线盒，DC/DC变换器等)，均与高压蓄电池是

14、并联关系，所以(包括高压蓄电池)这些零部件中任何一个零部件发生绝缘故障，均可以通过测量高压蓄电池的正、负极的对地绝缘电阻来检测出。在实际电动汽车中，高压部件是一种并联的结构，整个系统的绝缘电阻是所有高压部件绝缘电阻的并联值。依据GB/T18384.3的要求，高压系统绝缘值应大于IoOQ/V,而SAEJ1766和ECER100标准规定绝缘值应大于500Vo这实际要求高压母线上的设备本身的绝缘电阻值要远大于上述要求值。充电接触器一1DC保险(16A)充电口6器一XTx.Dc接触器预充电阻母线正极点DC/DC模块12V车载蓄电池负极接触器T动力电池组预充电容空调保险主电机保险(16A)(250A)U

15、-1电机控制器总成空调接触器空调电机控制器模块母线负极点动力电池组负极点整车高压系统原理图因此，对于电动汽车高压系统而言，其等效的绝缘电阻与整个系统的工作状态密切相关，这对整个高压系统的绝缘状态监测提出了很高的要求。电动汽车发生绝缘故障之后会对操作者和设备带来不同程度的伤害，设备通常采用各级别保护措施，对于操作者来说即使在绝缘故障工况下，只要按照一定的规则操作就不会发生危险。(2)、电动车高压系统发生绝缘故障分类由于电动车高压系统发生绝缘故障导致人触电主要分为两大类： 高压部位直接对车身的绝缘失效以高压母线正极对车身绝缘失效为例进行分析，如下图所示。如果母线正极对车身的绝缘电阻值变小(可能由于高压母线本身或者某一设备发生了正极对车身地绝缘故障而造成)，则当人体接触到负极