汽車高壓電氣系統的案例
純電動汽車高壓電氣系統設計原理
根據國際電工標準的要求，人體沒有任何感覺的電流安全閾值是 2 mA，這就要求人體直接接觸電氣系統任何一處的時候，流經人體的電流應該小于2 mA 才認為整車絕緣合格。
因此，在純電動汽車的開發過程中，應特別考慮電氣系統絕緣問題，嚴格按照電動汽車相關國標標準要求設計，確保絕緣電阻能夠滿足人身安全需求，保證絕緣電阻值大于 100 Ω/V。
02
電動汽車高壓電氣系統安全設計概述
相對于傳統汽車而言，純電動汽車采用了大容量、高電壓的動力電池及高壓電機和電驅動控制系統，并采用了大量的高壓附件設備，如：電動空調、PTC 電加熱器及 DC/DC 轉換器等。由此而隱藏的高壓安全隱患問題和造成的高壓電傷害問題完全有別于傳統燃油汽車。
根據純電動汽車的特殊結構及電路的復雜性，并考慮純電動汽車高壓電安全問題，必須對高壓電系統進行安全、合理的規劃設計和必要的監控，這是電動汽車安全運行的必要保證。
1、高壓系統構成
圖1示出純電動汽車高壓系統框圖。作為純電動汽車高壓系統安全管理的單元，合理的功能布局和安全可靠的控制策略是實現該系統功能的重要保證。
圖1 純電動汽車高壓系統框圖
2、高壓電氣安全系統的總目標
高壓電氣系統控制與安全管理和故障診斷的總目標是確保純電動汽車在靜止、運行及充電等全過程的高壓用電安全。
03
高壓電氣系統安全設計
根據純電動汽車安全標準要求，并從車載儲能裝置、功能安全、故障保護、人員觸電防護及高壓電安全管理控制策略等方面綜合考慮，應對電動汽車高壓電系統進行以下四方面設計。
展開 談談純電動汽車高壓電氣系統設計原理
根據國際電工標準的要求，人體沒有任何感覺的電流安全閾值是 2 mA，這就要求人體直接接觸電氣系統任何一處的時候，流經人體的電流應該小于2 mA 才認為整車絕緣合格。
因此，在純電動汽車的開發過程中，應特別考慮電氣系統絕緣問題，嚴格按照電動汽車相關國標標準要求設計，確保絕緣電阻能夠滿足人身安全需求，保證絕緣電阻值大于 100 Ω/V。
二、電動汽車高壓電氣系統安全設計概述
相對于傳統汽車而言，純電動汽車采用了大容量、高電壓的動力電池及高壓電機和電驅動控制系統，并采用了大量的高壓附件設備，如：電動空調、PTC 電加熱器及 DC/DC 轉換器等。由此而隱藏的高壓安全隱患問題和造成的高壓電傷害問題完全有別于傳統燃油汽車。
根據純電動汽車的特殊結構及電路的復雜性，并考慮純電動汽車高壓電安全問題，必須對高壓電系統進行安全、合理的規劃設計和必要的監控，這是電動汽車安全運行的必要保證。
1、高壓系統構成
圖1示出純電動汽車高壓系統框圖。作為純電動汽車高壓系統安全管理的單元，合理的功能布局和安全可靠的控制策略是實現該系統功能的重要保證。
圖1 純電動汽車高壓系統框圖
2、高壓電氣安全系統的總目標
高壓電氣系統控制與安全管理和故障診斷的總目標是確保純電動汽車在靜止、運行及充電等全過程的高壓用電安全。
三、高壓電氣系統安全設計
根據純電動汽車安全標準要求，并從車載儲能裝置、功能安全、故障保護、人員觸電防護及高壓電安全管理控制策略等方面綜合考慮，應對電動汽車高壓電系統進行以下四方面設計。
展開 談談純電動汽車高壓電氣架構
散漫說，純電動汽車高壓部件包括電池、電驅、電力電子及充電部件。本文通過分析純電動汽車高壓架構功能要求，對比目前典型純電動汽車高壓電氣架構，提出了一種全新高壓架構設計方案。以下為正文。
1 純電動汽車高壓電氣架構功能要求
圖1 高壓電氣原理圖
純電動汽車高壓部件包括電池、電驅、電力電子及充電部件。如圖1所示，電池是整個高壓系統的能源，為電驅及電力電子部件提供能量。充電系統包括慢充和快充，為電池提供能量。合理的高壓部件方案及集成設計，可以優化整個高壓系統的導線、繼電器、熔斷絲及接插件數量。另外，整個高壓架構需滿足高壓安全要求，高壓互鎖、主被動放電、絕緣監測、預充電、繼電器監測和線路保護等功能，合理的設計可滿足安全的需求并實現成本的最優。
2 高壓電氣架構設計
2.1 高壓架構設計輸入
高壓架構設計要求包括整車性能及系統安全要求，整車性能包括加速、續航里程、充電時間、低壓用電功耗及熱系統用電功耗等。根據整車性能相關需求，通過計算仿真確定高壓動力電池電壓范圍，額定輸出電壓，電池總能量，電機功率，慢充及快充功率，DC／DC、PTC、ACCM、Heater等高壓部件功率。表1是根據整車性能要求仿真的直流母線瞬態電流信息，供導線及熔斷絲選型設計。
表1 直流母線瞬態電流
2.2 典型純電動汽車高壓電氣架構分析
圖2是產品車A高壓拓撲圖，整個高壓系統通過HPDM模塊實現高壓能量的分配，各模塊相對獨立，無集成設計。優點：滿足系統安全要求，由于各模塊獨立設計，可實現獨立控制和診斷。缺點：系統成本高，各模塊需要獨立高壓線束連接及熔斷絲保護；增加整車布置空間及整車質量。
展開 使用Ansys Maxwell防止高壓系統中的電氣擊穿【今日16：00直播】
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</figure><p>1月28日，Ansys官方『<strong>使用Ansys Maxwell防止高壓系統中的電氣擊穿</strong>』研討會詳解Ansys Maxwell防高壓電氣擊穿方案，覆蓋多行業高壓設計需求，支持流注起始電壓評估、電氣薄弱點定位及 SF6 環保替代氣體分析，感興趣的下滑預約學習??</p><p><strong>時間：</strong>1月28日（星期三），16：00-17：00</p><p><strong>內容簡介：</strong></p><p>各行各業正經歷電氣化和功率密度提升的趨勢，在許多應用場景中，都需要在更高電壓下運行。這需要無故障的設計方案，以防止電氣擊穿，同時需要評估系統是否能承受電氣應力。典型的應用場景是：</p><ol><li>高壓工程師需要基于行業標準和既定的、經過驗證的標準，準確且迅速地評估產品的電氣性能。</li><li>在非高壓行業中（包括新能源汽車行業、儲能行業、高科技行業），工作電壓/平臺電壓的上升要求堅固的設計以抵御擊穿電弧的發生。
展開 
1.28直播預告 | 使用 Ansys Maxwell 防止高壓系統中的電氣擊穿（中文專場）
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</figure><p>隨著電氣化浪潮席卷各行業，系統電壓不斷攀升。無論是新能源汽車的 800V 架構、儲能系統直接并網、還是消費電子中對小型化高功率的追求，更高的工作電壓正在成為行業共識，所以電氣擊穿不僅僅是高壓設備才關注的問題，只要產品工作電壓大于其絕緣耐受水平，都會有電氣擊穿的風險。基于此，產品設計會面臨更大的挑戰：如何在更高電壓、更高功率密度下，準確且迅速地評估產品的電氣性能，確保絕緣可靠、避免電氣擊穿？</p><p><br></p><p>繼上個月面向全球用戶英文場次的熱烈反響，<strong>德國高壓絕緣專家尚文凱博士將再次為國內工程師帶來難得的中文解讀，推出于1月28日舉辦的「使用 Ansys Maxwell 防止高壓系統中的電氣擊穿」中文專場網絡研討會，</strong>將聚焦Ansys Maxwell 的流注起始電壓模型及評估功能，可識別電氣薄弱點，構建抗電弧、抗擊穿的穩健設計；同時還可以使用用戶自定義的氣體性質進行評估，即評估環保的SF6氣體替代品，為綠色環保設計提供可靠依據。歡迎感興趣的用戶報名參會。
展開 直播預告 | 使用 Ansys Maxwell 防止高壓系統中的電氣擊穿（中文專場）
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</figure><p>隨著電氣化浪潮席卷各行業，系統電壓不斷攀升。無論是新能源汽車的 800V 架構、儲能系統直接并網、還是消費電子中對小型化高功率的追求，更高的工作電壓正在成為行業共識，所以電氣擊穿不僅僅是高壓設備才關注的問題，只要產品工作電壓大于其絕緣耐受水平，都會有電氣擊穿的風險。基于此，產品設計會面臨更大的挑戰：如何在更高電壓、更高功率密度下，準確且迅速地評估產品的電氣性能，確保絕緣可靠、避免電氣擊穿？</p><p><br></p><p>繼上個月面向全球用戶英文場次的熱烈反響，<strong>德國高壓絕緣專家尚文凱博士將再次為國內工程師帶來難得的中文解讀，推出于1月28日舉辦的「使用 Ansys Maxwell 防止高壓系統中的電氣擊穿」中文專場網絡研討會，</strong>將聚焦Ansys Maxwell 的流注起始電壓模型及評估功能，可識別電氣薄弱點，構建抗電弧、抗擊穿的穩健設計；同時還可以使用用戶自定義的氣體性質進行評估，即評估環保的SF6氣體替代品，為綠色環保設計提供可靠依據。歡迎感興趣的用戶報名參會。
展開 新能源汽車高壓系統的安全與防護
03
電氣安全
新能源汽車的電氣安全主要包括以下幾個方面：
①防止人員接觸到高壓電
②電池能量的合理分配
③充電時的高壓安全
④行駛過程中的高壓安全
⑤碰撞時的電氣安全
⑥維修時的電氣安全
04
功能安全
電動類型的新能源汽車，需要從以下兩個功能方面采取安全設計，避免安全隱患的發生。
1）
轉矩安全管理
。
展開 如何看待電動汽車高壓系統保護器件的革新？
隨著電池越來越大、電機驅動的功率提升和快充功率提升，在高壓系統方面的保護能力提升，是否具有涵蓋不同工況電流和短路電流的保護能力，就成了衡量一個設計是否優秀最主要的考量。
從深層次考慮，電動汽車上目前還沒有特別多的高壓問題事故，但是將來情況會發生變化，一方面充電樁的狀態是分布式的（直流充電這塊有老爺爺樁，也有最新的高功率樁），另一方面從投資方向來看，BDU和PDU這樣的鐵疙瘩是不值得投資的，因此里面的保護系統涉及到直流接觸器和熔絲的進化，值得我們關注。
備注:整體工程化的節奏和實用化需要很多時間，我理解在這個領域有很多突破式的想法。
圖1 保護很簡單，就是要通過12V的控制讓高壓回路斷開，功能安全等級一般在ASIL D
Part 1 伊頓的思考
伊頓上來就先來個徹底變革，如下所示，方案考量的是整個替代方式。
之前和很多朋友聊過，可能并不透徹，現在可以看這個圖來進行比較，現有的方案其實有幾種：
傳統熔絲+接觸器：被動防護，最大的挑戰是電流和觸點動作匹配困難，有些高電流短時間點蝕，會讓接觸器粘連并且讓熔絲無法動作
Pyro熔絲+接觸器：主動防護，這個主要的問題是Pyro如何控制
傳統熔絲+Pyro熔絲+接觸器：這個目前在800V上，大家為了主動和被動安全控制，都上。缺點是成本比較高，整體保護策略怎么個動作機制也是比較麻煩
圖2現有的高壓系統架構保護形式
雖然伊頓說起來很簡潔，但是其實設計中還是依靠工業技術的斷路器來做第四種方案。
這條路是配置了一個斷路器和傳統熔絲的方法來做的，好處如下所示，整體的方案來看相對比較簡潔。
展開 一汽奔騰 | 電動汽車高壓系統電磁輻射發射的建模與仿真
文章來源：1.一汽奔騰轎車有限公司，2.中國汽車技術研究中心有限公司
1 前言
目前，對汽車 EMC 的仿真主要從電磁輻射、傳導騷擾、線束串擾、抗擾以及天線輻射性能幾個方面展開。 在整車級的電磁耦合預測方面，國內外已形成系列方法。
Chen 通過獲得散射參數（Scattering Parameters，S 參 數），在臺架試驗中預測整車 EMC 性能。Zeng 等利用 傳遞函數法預測整車電磁耦合問題。Hiroki 等采用傳遞函數的方式進行電動汽車的 EMC 設計。 高鋒等 基于多端口理論方法，通過臺架試驗模擬整車輻射發 射問題。葉城愷等基于多端口理論法預測汽車電機 系統對外的輻射發射，并進行了實測驗證。
以上方 法取得了較好的預測效果 ，本 文在上述方法的基礎 上，更加全面地進行高壓系統電磁輻射發射仿真并與 GB/T 18387—2017《電 動車輛的電磁場發射強度的限值和測量方法》 實測結果進行對比分析。利用 FEKO軟件進行高壓系統輻射發射仿真建模，計算高壓系統各部件端口間的S參數，獲得高壓系統端口耦合特性；根據GB/T 18387—2017中的試驗布置以及測量方法，分別從車輛預掃描結果和終掃描結果等多方面驗證該方 法在整車電磁輻射發射仿真預測應用中的可靠性。
2 高壓系統 S 參數仿真模型建立
在 FEKO 軟件中導入整車網格模型并建立高壓系 統輻射發射線束模型，計算車內高壓線束與車外測試天 線端口之間耦合的 S 參數。在整車前艙內建立高壓系 統線束模型如圖 1 所示，搭建高壓線束 S 參數仿真端 口。為保證 S 參數仿真的準確性，前艙網格模型需盡可 能符合實際結構。
展開 剖析瑞虎3xe電動汽車高壓線束系統環路故障
本文將對瑞虎3xe電動汽車高壓線束系統環路故障進行簡析。值得注意的是，要保持高壓插件的線束端和配電盒端在正常插合狀態下，進行下述各項環路檢測。
一、放電環路互鎖故障
1．配電盒內部故障
拔開高壓配電盒低壓插件，用萬用表測量配電盒端低壓插件1孔和2孔是否導通（圖1、圖2），導通則說明配電盒內放電環路互鎖回路為正常。如果不導通，則說明配電盒內部回路異常。
2．低壓回路故障
（1）拔開高壓配電盒低壓插件，用萬用表測量配電盒低壓插件整車線束端1孔（見圖2線束端低壓插件）與動力電池管理系統（BMS）轉接低壓插件整車線束端4孔（圖3、圖4）是否導通。
（2）然后再用萬用表測量配電盒低壓插件整車線束端2孔與主駕座椅下方的整車控制器（VCU）插件的38孔（圖5）是否導通。
上述檢測，如果導通則說明低壓回路正常，如果不導通則需檢測低壓相關回路。
二、附件環路互鎖故障
1．配電盒內部故障
拔開高壓配電盒低壓插件，用萬用表測量配電盒端低壓插件7孔與8孔是否導通（圖2），導通則說明配電盒內放電環路互鎖回路為正常。如果不導通，則說明配電盒內部回路異常。
2．低壓回路故障
（1）拔開高壓配電盒低壓插件，用萬用表測量配電盒低壓插件整車線束端7孔與主駕座椅下方的VCU插件的50孔（圖5）是否導通。
（2）再用萬用表測量配電盒低壓插件整車線束端8孔與VCU插件的45孔（圖5）是否導通。
上述檢測，如果導通則說明低壓回路正常，不導通則需檢測低壓相關回路。
展開 800V高壓系統的驅動力和系統架構分析——為什么是800V高壓系統？
過去一年是新能源汽車市場爆發的一年，據中汽協數據，2021年新能源汽車銷售352萬輛，同比大幅增長157.5%。新能源汽車技術發展迅速，暢銷車輛在動力性能、智能化方面、使用成本等方面相對傳統燃油車已取得領先優勢。但“長途出行續航不夠”和“充電不方便”是當下新能源汽車消費者兩大痛點，為了延長續航里程，各大廠商紛紛采取加大電池容量的技術方案，并且提供快充方案能有效的解決充電及續航焦慮，新能源汽車800V高壓系統技術由此應運而生。
什么是
800V高壓系統?
800V高壓系統的稱呼源自于整車電氣角度。當前主流新能源整車高壓電氣系統電壓范圍一般為230V-450V，取中間值400V，籠統稱之為400V系統；而伴隨著快充應用，整車高壓電氣系統電壓范圍達到550-930V，取中間值800V，可籠統稱之為800V系統。
800V高壓系統的典型特征在于電壓平臺。快充技術的核心在于提高整車充電功率，要提高整車充電功率，技術手段上要么加大充電流要么提高充電電壓，充電電流加大意味著更粗更重的線束、更多的發熱量以及更多附屬設備瓶頸，而充電電壓提升則有更大的設計自由度，這直接推動了400V電壓平臺向800V電壓平臺轉換。
800V高壓系統長什么樣，什么性能？我們可以從已經批產的幾款800V電動汽車中一窺真容。
2019 年 4 月保時捷 Taycan Turbo S 全球首發，800V全球首款純電動車型誕生。
展開 
收購 COMSA 西門子鞏固汽車電氣系統設計領域領先地位
COMSA是一家位于慕尼黑專門從事電氣系統設計和線束工程軟件開發的公司，其 LDorado套件是德國領先的汽車線束設計和工程軟件，反映了公司深厚的本地專業知識，并憑借久負盛名的產品組合和對標準的高度重視牢牢占據市場領先地位。COMSA的團隊和技術將加入Siemens PLM Software 旗下的Mentor業務，并且將為西門子的產品組合新增關鍵線束工程和設計數據分析功能。
Bishop 和 Associates 預計，2017年電纜組件市場的全球收入將達到1550億美元，其中約30%來自汽車行業。Cowen Research在2018年10月19日的一項研究結果顯示，“線束現已成為汽車中成本第三高的部件（僅次于發動機和底盤）。一次生產一個線束，大概占整車勞動力成本的50%。此外，線束還是第三重的部件（排在底盤和發動機之后）。任何能夠減少線束重量的技術都會直接有助于節省燃料 。”通過此次收購，西門子計劃在全球范圍內推廣新技術產品，以應對自動駕駛汽車、電動汽車等大趨勢對汽車線束行業造成的干擾。
西門子的Capital軟件是最近收購的Mentor Graphics 組合的一部分，從電氣/電子架構開發延伸到電氣系統設計和服務，再延伸到線束設計和制造。COMSA的加入增加了關鍵線束工程和設計數據分析技術，為新出現的數據標準提供了強有力的支持，尤其是在歐洲。
COMSA首席執行官Josef Biermeier表示，“西門子收購COMSA之后，我們能夠參與并貢獻于這個不斷增長的市場，但是其方式和地點我們都無法獨自實現。COMSA的LDorado軟件在線束工程和分析領域的實力是對 Mentor 開發的Capital組合的完美補充，我們非常期待能夠一起加入這一旅程。這對我們兩家公司、我們的客戶以及整個汽車行業都是雙贏。”
展開 汽車電子電氣行業IPD及研發管理解決方案分享 | 達索系統百世慧
在研發管理領域，百世慧公司長期聚焦汽車零部件行業研發與制造數字化落地方案的探索與研究，本次會議主要圍繞IPD落地實踐、項目群與項目管理、達索PLM產品助力IPD落地等內容進行全面分析和講解。
會議議程
講師介紹
陳小芳IPD高級顧問
擁有超過十年以上的運營管理經驗，通過華為RDPMP、6SIGMA認證，熟悉項目群/項目管理;熟悉制造&研發&供應鏈管理，對企業業務流程再造&IT系統建設、企業數字化轉型有較好的理解。
董純冬PLM高級顧問
擁有超過16年的PLM系統建設從業經驗，先后參與過華為、格力、邁瑞、海康威視、長安汽車、聯合汽車電子、首鋼、河北鋼鐵等眾多企業的PLM系統和MES建設。對IPD如何落地數字化系統有獨特的看法。
*定期開展線上研討會，聯系小編免費參與
展開 群聊技術趴 | 面對高壓、高頻的新需求，能否重新梳理一份新能源汽車線束的系統化測試大綱？
本期，我們將目光聚焦于新能源汽車的"神經網絡"——汽車線束。
???♂? 本期精選提問
@李工（某新能源線束企業 工藝工程師）：
"各位專家好，我是做新能源線束工藝的。以前我們主要做傳統低壓線，最近公司接了幾個新能源高壓動力線束和智能駕駛傳感器線束的項目，發現主機廠的驗收標準比以前嚴苛太多了。很多企標要求超出了現行國標的范疇。想請教一下群里的測試專家：面對高壓、高頻的新需求，能否幫我們重新梳理一份新能源汽車線束的系統化測試大綱？最核心需要把控哪些電氣和物理指標？測試方法和設備選型上有什么避坑建議？"
????? 專家解答
@國高材技術專欄主理人：
李工你好。在汽車智能化、電動化飛速迭代的當下，線束早已不是簡單的"幾根導線"。特別是高壓架構和高頻數據傳輸的引入，讓線束貫穿了極其復雜的電磁與熱環境。
做好線束的全流程測試，既是品質保障的底線，也是企業合規交付的核心。結合現行的 QC/T 29106-2014、USCAR-21、ISO 16750 等國內外核心行標，以及目前主流頭部車企的企標演進趨勢，我們為你梳理了以下這份涵蓋三大維度的新能源線束系統化測試大綱及落地建議。
核心大綱一：電氣性能指標 —— 守住"導電生命線"
電氣性能是線束的基礎核心。對于新能源汽車而言，高壓大電流與高頻信號并存，電氣測試必須做到精準量化：
? 絕緣電阻（防漏電）： 采用DC 500V進行測試，常態下線間及線地電阻需≥100MΩ；濕熱環境老化后必須≥5MΩ。絕緣不達標，在高壓系統中極易引發嚴重的短路及熱失控。
? 耐壓性能（抗瞬態過壓）： 低壓線束需承受AC 500V，而高壓動力線束通常需承受AC 1500V至更高等級，持續1分鐘無擊穿、漏電，適配車輛運行中的浪涌工況。
展開 特斯拉高壓系統及高壓線束解析
Model S高壓總成主要包含以下幾部分
：充電接口、
動力電池系統、交流感應電機、車載充電機、高壓配電盒、
加熱器、直流轉換器DCDC、空調壓縮機，各部件在車身上的布局如下圖：
Model S各高壓部件使用橙色高壓線束相連接，整車高壓線束的長度22.56m，共分為9段高壓線束，9段高壓線束連接的高壓部件及長度如下表所示。
