新能源汽车车载充电系统电击危险性分析

陈成 任丹 陈志军

摘 要：随着国家对新能源汽车的政策推动以及企业电动化战略的调整，目前企业内部大量的人员急需取得新能源汽车电工操作资质，而新能源汽车车载充电系统的电击危险性分析是新能源电工资质培训中一项重要的内容。本文根据企业实际车型参数，结合资质培训内容，综述了新能源汽车车载充电系统的危险性因素以及相应的防护措施。

关键词：新能源汽车 车载充电系统 电击 防护措施

Abstract：With the promotion of national policies on new energy vehicles and the adjustment of enterprise on electrification strategy， now a large number of staffs need to obtain the new energy vehicle electrician operation qualification， and the electric shock risk analysis of the on-board charging system of new energy vehicles is an important part of the new energy electrician qualification training. According to the actual parameters of vehicles in enterprise and combined with the content of qualification training， the study summarizes the risk factors of on-board charging system of new energy vehicles and the corresponding protective measures.

Key words：new energy vehicle， on-board charging system， electric shock， protective measure

1 前言

面对日益严峻的全球生态环境及能源问题，许多国家已经将新能源的开发和利用上升到了国家战略地位。对于我国而言，发展新能源汽车不仅能够缓解环境污染及传统石油能源消耗的问题，也能够促进汽车行业由传统汽车迈向科技型汽车[1]。为此国家出台了一系列的政策，包括面向消费者的补贴、上牌政策以及面向企业的双积分政策。而企业也提出了“新四化”战略，即电动化、智能化、网联化、共享化。由传统燃油汽车向新能源汽车发展，也对传统汽车行业员工提出了新的知识及资质要求。“新能源电工（EFffT）”是大众集团新能源汽车高压安全认证资质之一，其主要职责包括：切断高压系统的电源并认证，且对此检测和实施安全保障;在断电状态下实施所有的工作（不包括拆解电池包）;验收在处于断电状态的高压系统上进行的工作;按照操作指导书启动运行高压系统。其中车载充电系统的电击危险性分析是“新能源电工（EFffT）”资质培训的重要内容。

2 车载充电系统电击危险性分析

新能源汽车的高压安全不仅是消费者的重点关注问题，也是从业者在生产制造过程中必须要关注的问题。以上汽大众培训用的辉昂（Phideon）混动车型为例，其高压电池包的电压约为直流384V，而国标中定义的人体直流安全电压极限为60V[2]，一旦车辆发生绝缘故障或其他漏电风险时，将对人身安全造成巨大威胁，因此对车辆高压系统的安全分析十分有必要。而车载充电系统作为高压系统中涵盖高压部件最多的系统，对其进行电击危险性分析意义重大。

2.1 等电位保护

在一般的家用充电场景中，主要以壁挂式充电盒或普通家用插座为主要充电设施，其皆为交流充电（AC），因此本文的分析建立在交流充电的基础上。新能源汽车交流充电机布置在车上，通过充电线，交流电源将电能传输到电动汽车车载储能装置中。在充电时，如果充电机与动力电池组发生漏电，而操作者双手分别触碰到充电机和电池包外露可导电部分，此时有触电危险。针对此种故障现象，车载充电系统设计了等电位保护，将所有的高压部件金属外壳用等电位线连接起来，在发生上述绝缘故障時，可以对人体起到短接保护的作用。根据大众集团标准-VW80303，高压零部件和车身地之间的等电位线电阻必须小于40mΩ，而高压零部件和附加导电部件之间的等电位线电阻推荐小于10mΩ。

2.2 保护接零

如果在充电过程中，充电机发生漏电，操作人员站在地上，触碰到车身外露可导电部分，此时也会发生触电危险。针对此种风险，根据GB20234[3]，无论交流充电插头还是直流充电插头都必须配有地线，当充电插头配有地线（PE）时，即便在充电时充电机发生绝缘故障，PE线也能很好地起到保护作用，避免触电事故。接地线的横截面积至少应等于相线的横截面积。

2.3 BMS绝缘检测

电池管理系统（BMS）是一套保护动力电池使用安全的控制系统，时刻监控电池的使用状态，为新能源车辆的使用安全提供保障[4]。BMS每30秒进行一次绝缘测量，如图1所示，当主继电器吸合时，BMS检测整车的绝缘阻值，当主继电器断开时，BMS检测电池包的绝缘电阻。绝缘电阻过低时，车辆会发出相应的报警信息，当绝缘阻值低于500Ω/V时，组合仪表显示黄灯，而当绝缘阻值低于100Ω/V时，组合仪表显示红灯。

2.4 隔离式车载充电机

在充电过程中，操作人员可能会因为直接触碰车端的有源体而发生触电事故，针对该种事故类型，设计了隔离式车载充电机，图2是Delta品牌3.6KW车载充电机的原理图，通过DC/DC电路中的变压器将供电端与车端进行了电气隔离。在充电过程中，即便操作人员一只手误触车端有源体，但由于新能源车辆高压系统本身对地绝缘，且供电端与车端电气隔离，因此没有触电危险。

2.5 开盖保护

在充电过程中，打开高压部件壳体也会面临直接触碰车端有源体而触电的风险，因此进行开盖保护是必要的。开盖保护主要有三个设计思路，一是高压互锁，当高压互锁被触发后，高压系统无法从下电状态切换到上电状态，如图3，开盖以后直接切断高压互锁线;二是延迟接近，即至少需要两步操作才能触碰到有源体，而第一步必须触发高压切断，如图4，通过机械设计，必须先断开高压空调压缩机（EKK）插头，从而触发高压切断，随后才能够打开功率电子的上罩盖;三是复杂拆解，需要复杂的过程或专业知识才能打开高压零部件。

2.6 RCD（剩余漏电保护器）

在充电枪插入到车之前，如果充电线发生漏电，人员站在地面上，接触到充电线，也会发生触电事故，针对该种事故类型，无论是在充电桩还是在便携式充电器内，都内置了RCD（剩余漏电保护器）， 其工作原理是，当电气设备漏电时，漏电保护装置会检测到异常电流或电压信号，经过信号处理后，促使执行机构动作，借助开关设备迅速切断电源，RCD对于直接接触触电可以起到良好的保护效果。

2.7 机械锁/电子锁

为了防止在充电过程中充电接口意外断开，在充电枪接口处设计了锁止功能（机械锁止或电子锁止），在锁止状态下，即便施加一定的拔出外力，连接也不应被断开，并且锁止装置不得被损坏。此外在充电过程中，车辆无法启动。

2.8 IPXXB接口设计

IP（Ingress Protection）防护等级系统是由IEC（国际电工委员会）所起草，将电器依其防尘防湿之特性加以分级。IP后跟随两个特征数字及附加字母和补充字母组成。其中第一个数字表示防止接近危险部件和防止固体异物进入，第二位数字表示防水等级，数字越大，防护等级越高，不要求规定特征数字时，用X表示。附加字母表示接近危险部件的防护等级，分别以A、B、C、D表示，其具体含义如表1所示[5]。补充字母可用来表示补充的内容，其含义是对所在防护等级进行试验时要加的补充条件。对于新能源汽车非乘员舱及装载空间，要求其外壳至少满足IPXXB的防護等级要求。

3 结论

针对新能源汽车车载充电系统潜在的电击危险性，在新能源汽车高压系统的设计上，有以下八种充电保护措施：等电位保护、保护接零、BMS绝缘检测、隔离式车载充电机、开盖保护、RCD（剩余漏电保护器），机械锁/电子锁，IPXXB接口设计。作为“新能源电工（EFffT）”，应深刻理解危险源及其防护措施，同时在日常作业中，还需做好管理上的工作，确保全面安全。

参考文献：

[1]胡杨静，张亦铖.对我国节能与新能源汽车产业发展的思考与建议[J].产业与科技论坛.2012（22）：27-28.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 18384.3-2001 电动汽车安全要求第3部分：人员触电防护[S].北京：中国标准出版社，2001.

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 20234.1-2015 电动汽车传导充电用连接装置第1部分：通用要求[S]. 北京：中国标准出版社，2015.

[4]谢绍伟.电动汽车电池管理系统（BMS）及其验证系统的开发[D].武汉：华中科技大学，2015：9.

[5]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 4208-2017/IEC 60529：2013 外壳防护等级（IP代码）[S]. 北京：中国标准出版社，2017.

作者简介

陈成：（1988—），男，江苏人，工程师，工学硕士，现任上汽大众汽车有限公司仪征分公司现场技术员。主要研究方向：整车制造工艺与质量。