高壓安全設(shè)計需求

High voltage safety design requirements

電動汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)汽車差異顯著。 主要區(qū)別 在于電動汽車由高壓電池系統(tǒng)、高壓電驅(qū)動系統(tǒng)提供動力輸出。

大部分用電器， 比如 空調(diào)壓縮機(jī)、空調(diào)加熱器、動力分配單元、慢充充電器 等等都是高壓零部件。

這里說的高壓普遍都在300Vdc~500Vdc之間 （注：安全電壓小于60Vdc） ，而且這些用電器的工作電流高達(dá)幾百安培 （注：人體能承受的電流小于0.023A） 。

正因?yàn)檫@些高電壓和高電流的存在，如果高壓安全防護(hù)設(shè)計不到位或使用不當(dāng)， 在長期使用中可能存在 高壓系統(tǒng)受損、絕緣性降低、高路短路、電池起火 等隱患，對人身財產(chǎn)造成極大的危害。

 

由此可見，電動汽車在安全設(shè)計方面不止要滿足傳統(tǒng)汽車所需的要求，還應(yīng)當(dāng) 重點(diǎn)關(guān)注 高壓電安全的防護(hù)設(shè)計，確保高壓電安全風(fēng)險處于可控狀態(tài)。

在網(wǎng)上看了關(guān)于蔚來開了10萬公里的ES8的拆車過程的全程直播，通過一些現(xiàn)場記錄，這里面還是有很多信息值得探討。

蔚來ES8設(shè)計狀態(tài)解析

Analysis of design state

一款產(chǎn)品的功能性決定了這款產(chǎn)品能不能用、以及用起來爽不爽；而一款產(chǎn)品的安全耐久性可不可靠，將直接決定這款產(chǎn)品有沒有未來的問題。

安全和耐久是什么？就是汽車的 品質(zhì)保證 。所以，拆解一輛開了10萬公里的電動車，是很具有參考意義的。

我們能通過它長期使用后積累的狀態(tài)，來判斷其好壞。當(dāng)然，其背后所承載的設(shè)計理念，更值得我們關(guān)注和思考。

1. 結(jié)構(gòu)布局合理

上車啟動嘎吱響，丈母娘兩眼淚彷徨。好的整車和高壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局合理性極大的影響了高壓系統(tǒng)的安全可靠性。

如果整車高壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局不合理或者車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，在車輛長時間的使用過程中可能導(dǎo)致車身結(jié)構(gòu)扭曲變形，高壓零部件固定安裝點(diǎn)受力移位，進(jìn)而導(dǎo)致高壓零部件密封安全性降低，在下雨或者車輛涉水時進(jìn)水引發(fā)高壓回路短路、發(fā)熱起火等安全風(fēng)險。

來看ES8的現(xiàn)場拆解圖：主要看 高壓電池包 的高壓對接口、高壓功率分配單元和其他高壓零部件，這幾個關(guān)鍵部位并沒有任何進(jìn)水、腐蝕或者摩擦變形的跡象。

（高壓電池包接插件口無異常刮蹭、變形情況）

（高壓功率分配單元內(nèi)部干凈整潔，無水跡/ 霉變現(xiàn)象）

蔚來ES8的結(jié)構(gòu)可靠性主要來自 完全正向開發(fā) 的先天優(yōu)勢。正向開發(fā)的好處在于不受限整車固有結(jié)構(gòu)，可以優(yōu)先保護(hù)重要零部件 （比如三電系統(tǒng)）。

從蔚來ES8的整車結(jié)構(gòu)布局圖中可以發(fā)現(xiàn)，高壓電池和電驅(qū)動系統(tǒng) 均布置在碰撞和擠壓安全核心區(qū)域 ，受力防撞結(jié)構(gòu)相對規(guī)整，受力傳遞路徑可靠。

2. 設(shè)計冗余

人生很多時候都在追求對的時間遇上對的人，追求這種“剛剛好”的狀態(tài)，但是做產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計是不能僅滿足于“剛剛好”，特別是電動汽車的高壓系統(tǒng)耐久安全設(shè)計。

電動汽車相較于傳統(tǒng)然于汽車，擁有 復(fù)雜的 高壓零部件 、高壓線束、高壓接插件等大功率高壓用電器。這些大功率高壓用電器在使用過程中由于長時間通過幾十甚至幾百安培的大電流.

 

根據(jù)熱量累計公式： Q=I2Rt  ：

①通過大電流的用電器 電阻R的增大 ，高壓用電器的 發(fā)熱量也會增大 ；

②在超過一定安全閾值的情況下，可能導(dǎo)致 高壓用電器燒蝕和起火 。

基于此風(fēng)險， 就要求在高壓用電器的設(shè)計和選型時，必須考慮實(shí)際的 使用需求 和 冗余保護(hù) 。 比如：

線束線徑設(shè)計是否足夠大

線束內(nèi)阻是否足夠小

高壓連接接頭和觸點(diǎn)是否足夠牢靠

高壓連接螺栓扭矩是否足夠等等

（高壓接插件接口狀態(tài)完好）

（電池主高壓線束狀態(tài)完好）

如不滿足以上要求，從實(shí)車表現(xiàn)來說，將存在 因虛接打火導(dǎo)致高壓連接點(diǎn)燒蝕變色 甚至發(fā)黑 、 高壓線束外皮發(fā)熱變形發(fā)黑或碳化 等現(xiàn)象。

從蔚來ES8的拆解結(jié)果來看，即便是開了10萬公里，所有高壓線束的外觀狀態(tài)完好：

高壓接插件的接口位置光潔

高壓銅排的螺栓連接點(diǎn)完好

未發(fā)現(xiàn)任何燒蝕或者變黑的痕跡

（高壓銅排螺栓連接點(diǎn)狀態(tài)完好）

基于此可以判斷，蔚來ES8在高壓系統(tǒng)耐久安全方面還是做了很多冗余設(shè)計的。

注：冗余設(shè)計，指產(chǎn)品設(shè)計過程中在滿足實(shí)際需求的情況下留出余量。合理的冗余設(shè)計可極大的提高產(chǎn)品的可靠性，唯一的缺點(diǎn)就是成本更高。

      比如實(shí)際最大使用電流為100A，但是選用能耐150A的線束。

3. 線束固定可靠

電動汽車高壓用電器遍布車身各處，與之連接的高、低壓線束貫穿車身，形成了類似于人體血管網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。高、低壓線束的走向不同、粗細(xì)不同、工作狀態(tài)也不同。

任何一根線束出現(xiàn)問題都有可能像血管出現(xiàn)問題一樣導(dǎo)致心臟受損，從而引發(fā)身體不適，嚴(yán)重的甚至可能會危及生命。

根據(jù) 消防統(tǒng)計數(shù)據(jù) ，2017年機(jī)動車火災(zāi)約為27136起，其中約占35%的事故是由于電氣火災(zāi)導(dǎo)致，26%的事故是由于自燃導(dǎo)致，而電氣火災(zāi)和自燃與線束固定可靠性有很大的關(guān)系。

若高、低壓線束固定不可靠，在使用過程中可能發(fā)生 磨損 、 干涉 等，存在短路、漏電、發(fā)熱起火等安全隱患。

由此可見，在電動汽車的高壓系統(tǒng)耐久安全設(shè)計中， 線束固定可靠性 極為關(guān)鍵 。

 

電動汽車在研發(fā)階段會做一些測試，模擬各種高速、顛簸、沙石等振動路況，從而驗(yàn)證 高、低壓線束 的固定可靠性。

但是，當(dāng)車輛轉(zhuǎn)交到用戶的手里，是否能經(jīng)受住種種“非人”的折磨，比如這輛ES8一年半開個100000公里，日均200多公里的考驗(yàn)，確實(shí)是個值得關(guān)注的問題。

拆解之后可以看到，蔚來ES8對于高、低壓線束的保護(hù)還是很全面的：

高、低壓線束平均每200mm就有一個可靠的固定點(diǎn)或固定卡扣，這樣做的目的是有效避免在車輛使用過程中出現(xiàn)線束震蕩或者撞擊導(dǎo)致受損的情況。

蔚來ES8的高壓線束均采用多層絕緣防護(hù)設(shè)計，在某些易磨損位置采用了波紋管、毛氈布等防割、防磨損結(jié)構(gòu)設(shè)計。

低壓線束在固定點(diǎn)位置采用加強(qiáng)絕緣防割材料纏繞包覆，很大程度上降低固定點(diǎn)的磨損風(fēng)險。

 

從拆解的結(jié)果來看，日均200公里的行駛工況，ES8的高低壓線束狀態(tài)還算完好，未出現(xiàn)破皮、干涉的情況，線束固定的可靠性值得肯定。

蔚來ES8設(shè)計狀態(tài)總結(jié)

Vehicle Electrification & New Trends

安全是條不可逾越的紅線，是所有新能源產(chǎn)品開發(fā)的最高原則。

新能源汽車安全開發(fā)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，只有充分的考慮到系統(tǒng)特性，并針對產(chǎn)品使用場景進(jìn)行全面的失效模式分析，才能讓保證產(chǎn)品全生命周期的安全性得到充分的驗(yàn)證。