電動車高壓系統的組成，功能與工作原理
1 高壓系統的組成
在電動汽車上，整車帶有高壓電的零部件有動力電池，驅動電機，高壓配電箱（PDU），電動壓縮機，DC/DC，OBC，PTC，高壓線束等，這些部件組成了整車的高壓系統，其中動力電池，驅動電機，高壓控制系統為純電動汽車上的三大核心部件。
1.1 電池包與動力電池管理系統BMS
與傳統的燃油車不同，新能源電動車的整車動力來源是動力電池，而不是發動機。因為純電動汽車直接使用電能，不同于傳統燃油車將燃料燃燒后產生的排放物排進大氣，所以為了減少環境污染，新能源汽車的發展是國家積極扶持的。
動力電池的電壓一般為100~400V的高壓，其輸出電流能夠達到300A。動力電池的容量的大小直接影響到整車的續航里程，同時也直接影響到充電時間與充電效率。目前鋰離子動力電池是主流，受目前技術的影響，當前絕大部的汽車均采用鋰離子動力電池。
1.2 驅動電機與電機控制器MCU
電機控制器MCU將高壓直流電轉為交流電，并與整車上其他模塊進行信號交互，實現對驅動電機的有效控制。
驅動電機將電能轉化為機械能，驅動汽車行駛。與傳統燃油車的發動機將燃料燃燒的化學能轉為機械能不同，其工作效率更高，能達到85%以上，故相比傳統汽車，其能量利用率更高，能夠減少資源的浪費。
1.3 高壓配電盒（PDU）
高壓配電盒是整車高壓電的一個電源分配的裝置，類似于低壓電路系統中的電器保險盒。高壓保險盒PDU（Power Distribution Unit）是由很多高壓繼電器，高壓保險絲組成，它內部還有相關的芯片，以便同相關模塊實現信號通信，確保整車高壓用電安全。
圖2 某品牌的高壓配電盒
1.4 車載充電器OBC
OBC（On Board Charge）是一個將交流電轉為直流電的裝置。因為電池包是一個高壓直流電源，當使用交流電進行充電的時候，交流電不能直接被電池包進行電量儲存，因此需要OBC裝置，將高壓交流電轉為高壓直流電，從而給動力電池進行充電。
1.5 DC/DC
在新能源汽車上，DC/DC是一個將高壓直流電轉為低壓直流電的裝置。新能源汽車上沒有發動機，整車用電的來源也不再是發電機和蓄電池，而是動力電池和蓄電池。由于整車用電器的額定電壓是低壓，因此需要DC/DC裝置來將高壓直流電轉為低壓直流電，這樣才能夠保持整車用電平衡。
圖3 某品牌的DC/DC裝置
1.6 OBC與DC/DC二合一控制器
受整車布置的影響，現在很多車將OBC和DC/DC兩個部件合為一個部件，這個部件通常稱為二合一控制器，它的作用實際上就是OBC與DC/DC兩個部件的功能的組合。
1.7 電動壓縮機
傳統車的壓縮機是通過壓縮機電磁離合器的吸合，促使發動機帶動壓縮機運轉。電動車沒有發動機，它的壓縮機是通過高壓電源直接驅動的。為了與傳統車的壓縮機區別，這里將電動車上的空調壓縮機稱為電動壓縮機。
1.8 PTC加熱器
傳統車上空調暖風系統的熱源是引入發動機冷卻后的冷卻液的熱量，這個在新能源車上是不存在的，因此需要專門的制熱裝置，這個裝置被稱為空調PTC。PTC（Positive Temperature Coefficient）的作用就是制熱。當低溫的時候，電池包需要一定的熱量才能正常工作，這時候需要電池包PTC給電池包進行預熱。
1.9 高壓線束
高壓線束將高壓系統上各個部件相連，作為高壓電源傳輸的媒介。區別于低壓線束系統，這些線束均帶有高壓電，對整車的高壓系統的穩定允許影響很大。高壓線束設計的安全性是我們主要考慮的。
2 高壓系統的電氣連接關系
我們已經了解了電動汽車高壓系統的組成部件，也對系統中各個零部件及其功能有個大概的印象。現在先給出一個簡單的邏輯示意圖，幫助大家回憶一下，并借助圖示進行理解。
高壓系統部件連接邏輯圖解
2.1 圖解說明
建議先自己看一下，想想他們之間的邏輯連接關系，再看接下來的具體介紹。
1. 動力電池
動力電池是電動汽車中能源供給裝置，需要給整車所有系統提供能源。當電量消耗后，也需要給他進行充電。因此其能源流動既有流出，也有流入。
2. 高壓配電盒（PDU）
PDU可以認為是一個電源中轉分配的地方，高壓系統中各個組件都需要它進行電量分配。比如高壓壓縮機，PTC，電機控制器等。
3. 維修開關
維修開關介于動力電池和PDU之間，這是個必須的元件。當維修動力電池時，使用它可以進行整車高壓電的切斷，確保維修安全。
圖2 某品牌高壓維修開關
4. 電機控制器與驅動電機
電機控制器將取自PDU的高壓直流電轉為三相交流電提供給驅動電機。
驅動電機將電能轉換為機械能，提供車輛行駛的動力。同時，驅動電機也可以將行駛中產生的機械能（如制動效能），將其轉化為電能，最終輸送給動力電池進行電量的補充。
5. 快充口
快充口的電是高壓直流電，可以不經過處理直接通過PDU輸送給動力電池進行充電。
6. 慢充口
慢充口的電是高壓交流電，需要經過二合一控制器中的OBC單元，或OBC（沒有二合一控制器，OBC與DC/DC是分離的），進行轉化。轉化后的高壓直流電經過PDU給動力電池充電。
7. DC/DC
為了達到整車電平衡，需要動力電池提供整車用電器的電源，同時能夠給蓄電池充電。但是動力電池的電是高壓電，因此需要通過DC/DC裝置，將高壓直流電轉化為低壓直流電。
8.高壓線束
高壓線束的作用是連接各個高壓電器件，起到傳遞高壓電源的作用。所有的每個部件之間的帶箭頭線都是高壓線。
3 高壓線束系統設計考慮因素
設計主要考慮因素：
1.高電壓
電池包的電壓為100~400V的高電壓，這對高壓線束的絕緣提出更好的要求，必須做好良好的絕緣，《GB T 18384.3-2015 電動汽車 安全要求 第3部分：人員觸電防護》規定在最大工作電壓下，直流電路絕緣電阻應 大于100Ω/V，交流電路應大于500Ω/V。
經過這些年的發展，目前高壓線束的技術也比較成熟，但是絕緣電阻這個應該是我們設計關注的點。
2.大電流
在高壓系統中，高壓電流瞬間能夠打到幾百安培，這對高壓線束的載流能力要求更高。進行高壓線束設計的時候，要充分考慮。
3.防護等級
因為水和灰塵的侵蝕容易造成線束的絕緣性能下降，造成高壓擊穿、漏電等安全隱患，高壓線束進行布置的時候要特別注意，避免布置在有積水的地方，若布置在地板下面，應該增加相應的遮擋物。但是即使這樣，高壓線束的設計防護等級應該最高，滿足國標IP67標準要求。
4.抗電磁干擾
高壓系統的電磁環境更加惡劣，電動汽車上，反復變化的電器負荷與系統中大量采用的變頻技術，造成線束電壓、電流和頻率的劇烈波動，產生較大的電磁干擾，與此同時，高壓線束自身也會對對周邊的電氣電子設備造成影響，所以線束需要對電磁干擾進行屏蔽，以滿足電磁兼容性的要求。
5.成本
高壓線束相比普通的低壓線束成本高昂，因此線束設計中，應盡量避免線束的過設計。
4 高壓系統原理圖
為了更好的理解整個高壓系統的工作模式，研究高壓系統的電能分配，經過很長一段時間的學習整理，終于繪制出了高壓系統的電源分配邏輯示意圖，主要研究高壓電的電量分配。如下：
為了更好的理解，先自行在腦袋中思考下維修開關、主正繼電器、主負繼電器、保險絲的作用。，然后在繼續閱讀。高壓原理圖的讀圖方法可以參考初學者如何快速讀懂汽車電路圖
1.為什么要加入維修開關
如圖上所示，動力電池包是由多個電池組串聯組成的，在這個串聯的電路中，加入了一個維修開關，當需要維修的時候，可以將維修開關斷開，這樣整個高壓系統的維修更加安全。
圖 某品牌維修開關
2.為什么要加入主正繼電器
為了實現對高壓電路系統的有效控制，需要對高壓電進行通斷的控制，因此需要加入繼電器，通過小電流控制大電流。主正繼電器是必須的元件。
3. 為什么要加入主負繼電器
不同于低壓系統負極搭鐵，只有一根正極線，高壓系統中的電流瞬間能過打到幾百安培，既有正極線，也有負極線，為了確保用電安全，在加入主正繼電器的時候，也要加入主負繼電器，以便實現對正負極電路的有效控制。主負繼電器也應該是必須的。
4. 為什么加入預充電阻和預充繼電器
因為高壓設備控制器輸入端存在大量的容性負載，直接接通高壓主回路可能會產生高壓電沖擊，容易對電容擊穿，產生漏電風險。故為避免接通時的高壓電沖擊，高壓系統需采取預充電回路的方式對高壓設備進行預充電。
5.為什么高壓電路中也要加入保險絲
當汽車高壓附件設備發生過載或線路短路時，相關高壓回路應能自動切斷供電，以確保高壓附件設備不被損壞，保證汽車和駕乘人員的安全。因此在高壓系統設計中應設置過載或短路的保護部件，即加入相應的高壓保險絲進行保護。
<完>
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