高壓系統設計的案例
談談純電動汽車高壓電氣系統設計原理
為避免由于上述狀況而引起的汽車安全問題，可通過一些相關的傳感器（如碰撞傳感器、角度傳感器）來檢測汽車的狀態，當高壓管理系統接收到相關傳感器發出的信息后，立即關閉高壓電，并利用高壓系統余電放電電路將汽車高壓部件電容端的電壓在 1 s 內放掉，避免火災或漏電事故引起的人員觸電事故的發生 。
六、結論
通過參與大量的電動汽車開發項目設計，文章對多個研發項目中純電動汽車高壓電系統出現的故障及存在的安全隱患進行分析，并提出一整套針對高壓電系統安全防護、故障處理及碰撞安全的設計方案，對純電動汽車高壓系統安全設計具有一定的參考意義。
展開 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 電動車高壓系統的組成，功能與工作原理
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>
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。
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？
性能上，最大充電功率350kW，支持電池充電由10%到80%僅需18min；全部部件包括高壓動力電池，前驅動電機，后驅動電機，電池加熱器，座艙加熱器以及高壓空調，均采用了800V電壓平臺。
國內車廠方面，造車新勢力和傳統汽車廠商的智能電動品牌幾乎紛紛“入場”，包括小鵬、理想、零跑、比亞迪e平臺3.0、長城沙龍、東風嵐圖、吉利極氪、北汽極狐、廣汽埃安等，如上表所示。
采用800V高壓系統
比400V系統有什么優勢？
第一，充電功率能做到更高，消除充電時間焦慮。業界一般認為500A是車規級線束接插件的極限，更高電流的話電氣系統設計復雜度將大幅增加，這意味著400V系統下200kW左右的充電功率會成為很多車輛設計的極限；而800V高壓系統可以將極限突破到400kW，這種情況下如果按照長續航車輛電池100kWh@20%-80%充電，僅需9分鐘，基本等于傳統燃油車加油的時間，完全消除充電時間焦慮。
第二，快充系統成本低。
市面上也出現基于400V系統的快充，但800V高壓系統可以在高功率充電應用下做到更低的系統成本。表1顯示了400V系統和800V高壓系統車輛總成成本的定性比較，更進一步體現為: 短期內800V充電250kW以上充電功率段，長期看800V充電150kW以上充電功率段，800V高壓系統有明顯的系統成本優勢。
表1 快充應用下車輛總成成本
第三，快充充電損耗低。
相比400V系統，800V高壓系統充電電流小，電池損耗，線束損耗以及充電樁損耗都可以降低，實現充電節能。
展開 新能源汽車高壓線束的設計概述
整車高壓線束主要的設計方案涉及到線束走向設計、線徑設計、高壓連接器選型、充電口的類型和應用、屏蔽設計、高壓線束固定卡扣選型、高壓線槽設計、高壓互鎖HVIL（High VoltageInterlock Loop）設計、GROMMET設計等。
一、高壓線束走向布置及劃分類型
圖1 混合動力高壓部件布局圖
圖1為混合動力高壓部件布局圖。高壓系統在設計方面，考慮到電磁干擾的因素，整個高壓系統均由屏蔽層全部包覆。
目前國內車型全部采用屏蔽高壓線，曰系車也有應用屏蔽網包覆在高壓線外側，插件處處理實現屏蔽連接。同時由于高壓已經超出人體安全電壓，車身不可像低壓系統一樣作為整車搭鐵點，因此在高壓線束系統的設計上，直流高壓電回路必須嚴格執行雙軌制。
根據高壓線束的特性，我們一般以高壓電器為中心對高壓線束進行劃分，可分為電機高壓線、電池高壓線、充電高壓線等。
電機高壓線一般是連接控制器和電機的高壓線；電池高壓線一般是連接控制器和電池的高壓線；充電高壓線一般是連接充電機和電池的高壓線。
二、高壓線束特性
高壓線束耐壓與耐溫等級的性能遠高于低壓線束等級，國內主機廠通常采用屏蔽高壓線，近年來日本主機廠主要采用非屏蔽高壓線外包裹屏蔽網工序。屏蔽高壓線可減少EMI（電磁干擾Electron Magnetic Interference）、RFI（射頻干擾Radio Frequency Interference）,對整車系統的影響。
整條高壓線束回路均實現屏蔽連接，電機、控制器及電池等接口高壓線束屏蔽層，通過插件等壓接結構連接到電池電機控制器殼體，再與車身搭鐵連接。高壓線的屏蔽對于電纜傳導數據不是必須的，但是可減少或避免高壓線的輻射。
展開 新能源汽車高壓線束設計要點解析
接插件的 IP 等級防護要求：高壓接插件連同線束連接 HEV/EV的動力總成系統，不僅是車輛驅動的關鍵能源輸送線，影響車輛功能及性能，同時，也是一個影響安全性能的關鍵因素，會引起車輛拋錨、著火，甚至會產生電擊，從而車輛使用者的生命安全。
IP 防護設計。試驗證明， 裸露于潮濕空氣的高壓端子會更容易腐蝕， 也更危險，因此在可能的情況下， 所有的高壓插件的防護等級要求在 IP67 以上，當然，位于底盤或前艙等更惡劣的情況下必須更高。
防觸指功能設計。整車的高壓系統設計需保證在單點失效的情況不影響操作人員的安全，即便裸露的插件，也要保證人員徒手操作不造成危害，因此，護套與端子的設計使得人手指無法直接接觸到端子。
8 高壓連接器特點
高壓連接器作為高壓線束的關鍵核心部件，其特點與高壓線束大部分一致，其中以下特點較為突出：
耐壓性 : 滿足爬電距離和電器間隙要求，滿足 750V額定電壓要求；
安全性 : 具有高壓互鎖功能，未對配插件滿足 IPXXB 要求，對配狀態插件滿足 IPXXD防護要求。
電氣間隙和爬電距離，滿足污染等級 3 的設計要求。
9 高壓導線特點
車用高壓導線最大的特點是耐高電壓，目前市場應用高壓導線處于 600V 交流/1000V 直流耐高壓水準，隨著續航里程提升而需要更大功率輸出，將需要更高耐壓等級的高壓導線，耐壓等級將達到以及高于 1000V交流/1500V 直流的水準。另外，對于高壓大電流模塊用到的高壓導線，因為高功率、車內空間和布線設計的要求，高壓導線具有耐大電流、耐高溫、阻燃、高柔性和 EMC抗屏蔽性能等特點，從而滿足新能源汽車市場應用。
展開 關于新能源汽車高壓線束的設計
高壓線束在新能源汽車中屬于高安全件，所以高壓線束的設計及布置至關重要。
整車高壓線束主要的設計方案涉及到線束走向設計、線徑設計、高壓連接器選型、充電口的類型和應用、屏蔽設計、高壓線束固定卡扣選型、高壓線槽設計、高壓互鎖HVIL（High VoltageInterlock Loop）設計、GROMMET設計等。
一、高壓線束走向布置及劃分類型
圖1 混合動力高壓部件布局圖
圖1為混合動力高壓部件布局圖。高壓系統在設計方面，考慮到電磁干擾的因素，整個高壓系統均由屏蔽層全部包覆。
目前國內車型全部采用屏蔽高壓線，曰系車也有應用屏蔽網包覆在高壓線外側，插件處處理實現屏蔽連接。同時由于高壓已經超出人體安全電壓，車身不可像低壓系統一樣作為整車搭鐵點，因此在高壓線束系統的設計上，直流高壓電回路必須嚴格執行雙軌制。
根據高壓線束的特性，我們一般以高壓電器為中心對高壓線束進行劃分，可分為電機高壓線、電池高壓線、充電高壓線等。
電機高壓線一般是連接控制器和電機的高壓線；電池高壓線一般是連接控制器和電池的高壓線；充電高壓線一般是連接充電機和電池的高壓線。
二、高壓線束特性
高壓線束耐壓與耐溫等級的性能遠高于低壓線束等級，國內主機廠通常采用屏蔽高壓線，近年來日本主機廠主要采用非屏蔽高壓線外包裹屏蔽網工序。屏蔽高壓線可減少EMI（電磁干擾Electron Magnetic Interference）、RFI（射頻干擾Radio Frequency Interference）,對整車系統的影響。
整條高壓線束回路均實現屏蔽連接，電機、控制器及電池等接口高壓線束屏蔽層，通過插件等壓接結構連接到電池電機控制器殼體，再與車身搭鐵連接。
展開 新能源汽車高壓線束安全設計
高壓安全設計需求
High voltage safety design requirements
電動汽車動力系統結構與傳統汽車差異顯著。
主要區別
在于電動汽車由高壓電池系統、高壓電驅動系統提供動力輸出。
大部分用電器，
比如
空調壓縮機、空調加熱器、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幾百安培
（注：人體能承受的電流小于0.023A）
。
正因為這些高電壓和高電流的存在，如果高壓安全防護設計不到位或使用不當， 在長期使用中可能存在
高壓系統受損、絕緣性降低、高路短路、電池起火
等隱患，對人身財產造成極大的危害。
由此可見，電動汽車在安全設計方面不止要滿足傳統汽車所需的要求，還應當
重點關注
高壓電安全的防護設計，確保高壓電安全風險處于可控狀態。
在網上看了關于蔚來開了10萬公里的ES8的拆車過程的全程直播，通過一些現場記錄，這里面還是有很多信息值得探討。
展開 新能源汽車高壓線束安全設計
高壓安全設計需求
High voltage safety design requirements
電動汽車動力系統結構與傳統汽車差異顯著。
主要區別
在于電動汽車由高壓電池系統、高壓電驅動系統提供動力輸出。
大部分用電器，
比如
空調壓縮機、空調加熱器、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幾百安培
（注：人體能承受的電流小于0.023A）
。
正因為這些高電壓和高電流的存在，如果高壓安全防護設計不到位或使用不當， 在長期使用中可能存在
高壓系統受損、絕緣性降低、高路短路、電池起火
等隱患，對人身財產造成極大的危害。
由此可見，電動汽車在安全設計方面不止要滿足傳統汽車所需的要求，還應當
重點關注
高壓電安全的防護設計，確保高壓電安全風險處于可控狀態。
在網上看了關于蔚來開了10萬公里的ES8的拆車過程的全程直播，通過一些現場記錄，這里面還是有很多信息值得探討。
展開 從蔚來ES8看高壓線束安全設計
電動汽車動力系統結構與傳統汽車差異顯著。
主要區別
在于電動汽車由高壓電池系統、高壓電驅動系統提供動力輸出。
大部分用電器，
比如
空調壓縮機、空調加熱器、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幾百安培
（注：人體能承受的電流小于0.023A）
。
正因為這些高電壓和高電流的存在，如果高壓安全防護設計不到位或使用不當， 在長期使用中可能存在
高壓系統受損、絕緣性降低、高路短路、電池起火
等隱患，對人身財產造成極大的危害。
由此可見，電動汽車在安全設計方面不止要滿足傳統汽車所需的要求，還應當
重點關注
高壓電安全的防護設計，確保高壓電安全風險處于可控狀態。
在網上看了關于蔚來開了10萬公里的ES8的拆車過程的全程直播，通過一些現場記錄，這里面還是有很多信息值得探討。
蔚來ES8設計狀態解析
Analysis of design state
一款產品的功能性決定了這款產品能不能用、以及用起來爽不爽；而一款產品的安全耐久性可不可靠，將直接決定這款產品有沒有未來的問題。
安全和耐久是什么？就是汽車的
品質保證
。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，來判斷其好壞。
展開 
從蔚來ES8看高壓線束安全設計
電動汽車動力系統結構與傳統汽車差異顯著。
主要區別
在于電動汽車由高壓電池系統、高壓電驅動系統提供動力輸出。
大部分用電器，
比如
空調壓縮機、空調加熱器、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幾百安培
（注：人體能承受的電流小于0.023A）
。
正因為這些高電壓和高電流的存在，如果高壓安全防護設計不到位或使用不當， 在長期使用中可能存在
高壓系統受損、絕緣性降低、高路短路、電池起火
等隱患，對人身財產造成極大的危害。
由此可見，電動汽車在安全設計方面不止要滿足傳統汽車所需的要求，還應當
重點關注
高壓電安全的防護設計，確保高壓電安全風險處于可控狀態。
在網上看了關于蔚來開了10萬公里的ES8的拆車過程的全程直播，通過一些現場記錄，這里面還是有很多信息值得探討。
蔚來ES8設計狀態解析
Analysis of design state
一款產品的功能性決定了這款產品能不能用、以及用起來爽不爽；而一款產品的安全耐久性可不可靠，將直接決定這款產品有沒有未來的問題。
安全和耐久是什么？就是汽車的
品質保證
。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，來判斷其好壞。
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。
淺析特斯拉高壓系統及高壓線束
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。
高壓電纜介紹
特斯拉高壓線束選用美國 公司 CHMPLAIN Cable 的150 XLE High Voltage Shielded Battery Cable，手感柔軟，感覺比國內的硅膠電纜柔軟度還好，好的柔軟度同時提升了狹小空間的安裝便利性。
Champlain開發的EXRAD ERGOFLEX 輻照交聯聚烯烴絕緣材料。這種材料化學與加工技術相結合，使得最終產品能夠滿足柔韌性、ISO-19642合規性、帶材性能和壓縮永久變形特性的所有要求。另外，它比許多現有產品的成本更低。對現有三元乙丙橡膠材料的并排測試表明，EXRAD ERGO-FLEX 實際上是更靈活，更小，更輕。
下圖顯示了特斯拉電纜的結構。
其凸顯特點有耐高溫、耐油、柔軟易布線，國產高壓電纜多為耐溫等級125℃的交聯電纜，且壁厚比特斯拉電纜厚，由于特斯拉電纜耐溫等級高，壁薄利于散熱，另超聲波焊接的低電阻，電纜在相同環境溫度下，相同規格導體特斯拉電纜載流能力更好，特斯拉電纜單絲導體較國內電纜細，且護套壁薄，是造成其柔然的原因，具體性能如下方圖片。
高壓電纜的外部多采用的是自卷編織防護套管防護，只有后驅動電機高壓線束、液體加熱器、車廂加熱器的高壓線束使用了波紋管防護。
如充電插座的高壓線束使用了自卷編織防護套管防護，此些線束大部分是布置在車廂內，使用環境好，另高壓線束的固定多以軋帶的形式固定。
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。
