电动汽车用电安全的防护措施

杨涛 陈玉刚 王江宏 李玉吉

陕西国防工业职业技术学院 陕西省西安市 710300

日益严峻的能源短缺和环境污染问题，世界各国共同承诺节能减排，由于电动汽车的优势特点，成为各国汽车行业未来发展的方向[1]，电动汽车由动力电池的驱动电动机为汽车产生动力，取代了传统汽车的油箱和发动机，而电动汽车中电压可达到上万伏，然而安全电压的直流电压不超过60V，交流电压不超过25V，因此电动汽车不仅对车载高压电安全管理系统有更高的要求，对电动汽车检修安全也提出了新知识和技能的要求，本文从电动汽车高压电安全设计进行研究分析，为电动汽车检测与维修提供一定的技术支持。

1 电对人的伤害

触电会对人体造成电击、电伤、电磁三种形式的伤害。电流流经人体造成抽筋、呼吸麻痹、甚至死亡称为电击。电流对人体外部造成的伤害称为电伤，如电灼伤、电烙印、皮肤金属化等。电场伤害是指人体在高压电磁场作用下受到的伤害。

2 电动汽车

电动汽车作为一款新能源汽车，通过车载电源为电机提供电能，使用时以电动机为驱动系统，符合国家相关的道路交通和安全法规标准的汽车[2]。电动机与传统汽车最大的区别在于电机代替了发动机，蓄电池代替了燃油箱，底盘部分只是对传动系统进行了简化，车身和电气基本变化不太大。电动汽车的能源有效利用率高、实现零排放、噪声低，整体结构简化等优点，促使电动汽车迅速产业化。

在电动汽车快速推广，销量迅猛增加的进程中，众泰纯电动车出租车杭州街头自燃；上海电池+电容纯电动825路公交车在公交站点自燃；比亚迪E6电动出租车被高速行驶的跑车撞击后起火燃烧；特斯拉纯电动跑车碰撞起火或自燃等等众多安全事故的发生将电动汽车高压电气安全问题推向热点。其中一例特斯拉纯电动跑车碰撞事故，车主按照车载的安全警示系统，驶离高速公路，并成功停车、脱身，没有受伤，就归功于安全的高压安全系统。

3 电动汽车上的高压用电安全设计

电动汽车高压电气系统包括自身的高压系统和充电时的高压系统。即在电池箱体内合理布置的动力电池组和驱动电机，保证能够提供正常的驱动动力；能够在车辆发生故障时及时切断高压回路的安全部件；绝缘电阻检测系统，诊断漏电流、分析绝缘性，及时诊断高压安全状态；设计软启动电路，保证高电压、大电流的功率部件的安全性。一般采用绝缘线缆或其他可以防止人员直接接触高压线路的装置等物理方法对高压系统进行充分隔离，并将电动汽车高压电配线的线皮设置成鲜艳的橙色和通过设置明显的高压警示标志，以防止人员误接触高压系统发生触电。按国际通行规定，电动汽车上应用颜色鲜艳的明显警戒标识有高电压的器件。同时还设计了很多监控系统如自动危险电压断开、手动断开、互锁和等电位联结等，来保证电动汽车的用电安全[3]。另外，对电动汽车的高压系统进行保养或者维修时，必须有相应的安全保护系统或者安全防护措施以防止人员遭受电击伤害。

3.1 高压绝缘防护设计措施

电动汽车的高压电气设备，两个接线端和连接线束与电气设备的外壳，外壳与车身之间都设置有绝缘电阻。高压部位直接对车身的绝缘失效，母线正极对车身的绝缘电阻值变小，若当人体接触到负极母线时，通过人体的电流恰好超过了安全电流限值，就会发生电击事故。针对该问题采取的措施，主要通过基本绝缘、辅助绝缘和双重绝缘保护来实现[4]。双重绝缘保护能够有效的减少人员的触电事故，但是这种做法会大大增加成本。

高压部位对设备外壳的绝缘失效，如果人体一端接触漏电的电气外壳，另一端接触高压母线负极，即使人体与车身之间是绝缘的，仍然会有电流流过人体，很有可能造成间接的电击。为了避免此类问题的发生，人体可能直接触及的外壳必须达到IPXXD防护等级的标准。

3.2 系统监控用电的安全防护措施

由于汽车上工作环境复杂，线路老化或绝缘破损等都可能产生人员触电、线路漏电及短路等危险[5]，所以在用电安全方面，不仅采取基于设备自身的防护措施，还需要采用一些高压电气系统的防护措施，如保护接地和保护接零、等电位联结、电气隔离、熔断、自动断路和手动断开等。

结合不同用电设备特点采用不同的防护措施，如保护接地和接零一般都是电击的防护措施，通过对电气设备外壳接地或与电网零线连接，当出现漏电现象时对人员进行安全保护，保护接零还可以通过短路装置或熔断器实现切断电源，实现对人员的电击防护。电气设备外壳主要是等电位联结指将直流电气设备外壳与车辆底盘直接连接，使得设备外壳和车身为相同电位，避免人体遭受电击。电动汽车充电系统中最常用的电气隔离方法是通过交、直流隔离的充电机实现的[6]。

自动断路功能能在一些特殊情况下，通过断路器等装置将高压电气回路切断，对人员和电气系统安全起到保护的目的。互锁监测及保护环路互锁是对高压电路的连接可靠程度而提出，主要是从电气回路连续性完整性的角度而设计，用来监测电气回路上是否存在断路的情况。其设计为在高压回路中并联一组高压互锁回路，电路中串联着自动断开装置，在需要检测的高压危险的回路中输入较小的电流信号，检测返回电流值，以对电气回路的连续性进行检查。如果系统不能接收到返回电流，则安全管理系统判断出现接触不良或断路故障，则互锁系统会采取一定的措施，如自动断开装置启动、切断电源等，防止高压电对人体带来伤害。在充电系统高压回路中也设计互锁回路，确保电动汽车在充电过程中接口和电缆的安全性，同时保证了电动汽车互相连接的安全。

4 结语

面对目前的全球能源和环境的宏观环境，电动汽车的优势不言而喻，但是电动汽车必须确保安全的前提下才能让得到很好的推广，因此我们必须高度重视安全问题和提高处理安全问题的能力。虽然我们对一些能够预见性的安全问题，采取了一定的可行性的措施，如高压绝缘措施和系统监控等，但是汽车在运行过程中还会出现一些常规和特殊的安全问题，除了本文所谈到的电动汽车的安全问题外，其他未谈到的安全问题还很多，如电池可能对人带来的化学伤害、充电过程中的安全问题、电动汽车碰撞后的安全问题和维修过程中维修人员的安全问题等，随着电动汽车行业技术的快速发展，电动汽车安全要求也在不断提升。