高压安全

翁德沃彭：

介绍
打开高压系统
導位固定塊
短路保护
永久绝缘监测
用兆欧表诊断

内嵌：
电气化或全电力驱动车辆的高压系统配备了多重保护。在满足所有安全要求之前，系统无法布防。一旦检测到错误，高压系统就会立即关闭。在以下情况下可能会发生这种情况：

高压系统的一部分被拆除，系统被接通。
由于碰撞或水损坏，电气部件或接线彼此或与接地短路。
零件因超载而损坏。

下图显示了属于安全系统的组件。高压电池 (1) 的一部分呈蓝色，橙色维修插头 (2) 位于左侧。中间有3个继电器（5～6），由ECU（7）一一接通。 HV 电池下方是 ECU (8)，它连接到用电设备 (XNUMX)，例如电动机、暖气、空调泵、动力转向和充电系统。

图例：
1.高压电池
2. 带保险丝的维修插头
3. 继电器1
4. 继电器2
5. 继电器3
6. 高压电池ECU
7. 高压系统ECU
8. 电力消费者

开启高压系统：
驾驶员按下启动按钮即可启动高压系统。当显示屏上出现“HV 就绪”消息时，HV 系统即被激活。在高压系统启动之前，高压系统中的继电器高压电池组控制将电池组连接到消费者。

当高压系统开启时，ECU（下图中的6）控制正极回路（继电器4）和接地回路（继电器5）中的高压继电器。首先，正极侧的电流电路通过电阻接通。在下图中，我们看到继电器 (4) 将电流传递至电阻器 R1。电阻器限制通过它的电流，从而限制浪涌电流。这使得逆变器中的电容器能够缓慢充电。此时系统可以在较低的电压下进行安全检查。当逆变器中电容器两端的电压大约等于高压电池组的电压后，继电器 3 闭合，继电器 4 打开，向逆变器和其他电气部件施加全电压。

互锁：
联锁系统是一种安全系统，可在连接打开时提供电气接触保护。在连接到高压电池的每个组件中，至少有一个触点可以在发生中断时关闭高压系统。这些触点可以集成到布线中或作为开关集成到组件的外壳中。

在左下图中，我们看到活动系统：继电器 3 和 5 闭合，这意味着 HV 电池的电压传输到用电设备。车辆 ECU (7) 的互锁电路为蓝色。 ECU 向电阻器 R2 施加电压。联锁装置作为串联电路穿过用电器 (8)。联锁装置在电池组中接地。 ECU (2) 中的电阻器 R7 与消费者的输出之间有一个支路，在该输出中测量联锁上的电压。

联锁正常：电阻R2后电压为0伏；
互锁中断：电阻器 R2 中不消耗电压，电压为（取决于电源电压）5、12 或 24 伏。

电阻器 R2 后的电压在接通期间以及驱动过程中不断受到监控。

拆卸维修插头 (2) 或任何电气部件 (8) 也会断开联锁电路。这种情况可以在上右图中看到，其中服务插头已经移动。电池模块之间的保险丝和联锁电路均断开。由于互锁装置不再连接至车辆接地，电阻器 R2 后的电压上升至电源电压值。车辆ECU(7)直接控制电池ECU(6)，使得继电器3、4和5不再激活。然后高压系统关闭。

在图像中，我们看到橙色服务插头，中间有大触点，用于连接高压电池的正极和负极电缆，左侧有一个带有两个引脚的较小插头连接。这是联锁装置的两个销钉。我们还在高压组件的插头上找到了这些连接。

短路保护：
必须保护高压系统免受过电流的影响，过电流可能是由接线或电气元件短路引起的。如果没有保护，这可能会导致电弧闪光、管道熔化甚至火灾。保险丝旨在保护系统免受这些危险。保险丝可能位于维修插头中，但也可能位于电池组的其他位置。车辆还可能配备多个保险丝，每个保险丝旨在保护特定电路。

除了保险丝可以保护系统免受过大电流的影响之外，HV 电池正极或负极电缆中的电流传感器还将电流传输至 ECU。当发生过载时，ECU 决定关闭继电器。

永久绝缘监测：
HV电池的正极和负极不会相互接触，也不与环境接触。正极侧（从+电池到逆变器的+）周围有多层绝缘层，中间有编织护套。但负极侧也是绝缘的，不会与车身或部件外壳接触。另一方面，车身本身连接到车载电池的负极（乘用车为 12 伏）。 HV 部分的情况并非如此。故障原因可能是：

碰撞后，线路可能发生损坏，导致正负极线的铜互相接触或接触车身；
由于过载 - 并因此过热 - 电气元件的绝缘失效（熔化），导致与环境接触；
或者车辆进水后有导电液体，高压电池组冷却液泄漏导致正负极短路，电动空调泵制冷剂泄漏也会引起导电。

在电气元件中，绝缘不良可能会导致高压电池的正极或负极电缆与外壳之间发生连接。由于外壳通常安装在车身上，如果绝缘不良，如果防护不好，就会产生电流。当高压电池的正极因绝缘故障而通过外壳与车身连接时，车身上会出现数百伏的高压。然而，由于无法连接到高压电池的负极，因此不会发生任何事情，因为没有电流流动。只有当高压电池的正极和负极都与车身接触的多次绝缘故障时，才会出现问题。

在下面的三张图中，我们看到带有正极和负极电缆的高压电池组 (1)，车身位于底部 (2)，两个用电设备（3 和 4）位于中间。

元件正极绝缘不良：如果用电设备（例如电加热器）的正极与外壳之间绝缘不良，外壳就会带电。由于没有连接到高压电池的负极，因此没有电流流动；
绝缘不良减：车身上也会有（小）电压，但不会有电流流过；
正负极绝缘不良：这种情况是高压电池正负极之间短路。车身成为正负之间的联系。电流将迅速增加，直到维修插头和/或高压电池中的保险丝熔断以保护系统。

由于正极或负极绝缘不良，尚未形成闭合电路，维修插头中的保险丝不会熔断。电动汽车中的永久绝缘监控可以检测到这种电流传输，并通过错误消息警告驾驶员。如果出现绝缘故障，车辆仍然可以运行，除非制造商通过软件将其禁用。

下图中的数字 5 表示进行永久绝缘监测的组件。事实上，这个电气部分当然更复杂。

数字 6 表示并联测量电压降的测量电阻。

下面两张图显示了正极（左）和负极（右）绝缘不良的情况。由于电流流过测量电阻，电阻电路中会消耗电压。测量电阻器两端的电压降是流过电阻器的电流量的量度。

一旦 ECU 通过永久绝缘监控检测到异常，就会存储错误代码。 P 代码（例如 P1AF0 和 P1AF4）的可能描述可以是：“电池电压系统隔离丢失”或“电池电压隔离电路故障”。当出现绝缘故障的车辆进入车间时，机修工可以使用诊断设备测量绝缘电阻，或者用兆欧表手动测量，以检查某处是否存在绝缘泄漏。

用兆欧表诊断：
上一节解释了“绝缘电阻”的概念，并展示了车辆如何使用永久绝缘监测来检查高压电池与车身的正极或负极连接是否存在泄漏。在本节中，我们将更详细地讨论这一点，并描述作为技术人员如何使用兆欧表检测故障位置。当然，作为技术人员，您必须获得高压系统工作认证。诊断测试仪中的软件本身可以对某些品牌执行绝缘测试，例如对于打开后仅显示绝缘故障的组件，例如电暖气或电动空调。

在其他情况下，我们可以用兆欧表测量绝缘电阻。用普通万用表无法测量绝缘电阻，因为万用表的内阻可达10万欧姆。内阻太大，无法测量高阻值。兆欧表适合于此，并输出 50 至 1000 伏的电压来模拟操作情况。这种高电压确保发射的电流能够通过铜芯到达绝缘层，即使绝缘层有最小的损坏。要使用兆欧表进行测量，请将仪表设置为与高压电池相同的电压，或高一级。连接测量电缆并正确设置仪表后，我们单击橙色的“绝缘测试”按钮。将设定电压（图中：1000 伏）施加到测量电缆，从而施加到组件，然后我们从显示屏上读取欧姆值。

绝缘电阻大于 550 MΩ（兆欧，即 550 亿欧姆）即可。这是最大测量范围；
低于 550 MΩ 的值可能表明绝缘泄漏，但情况不一定如此；
根据国际电工委员会 (IEC) 和电气电子工程师协会 (IEEE) 的规定，电动汽车的绝缘电阻必须至少为 500 Ω/伏。在 400 伏的标称高压电压下，电阻应为 (500 Ω * 400 v) = 200.000 Ω。
制造商通常会设定更高的质量和安全标准，从而导致更高的最小绝缘电阻。因此，在进行诊断时必须始终遵守工厂说明。
制造商的说明始终具有指导意义。

工厂规范描述了步骤、安全规定和最小绝缘电阻。

在下一张图片中，我们看到了丰田手册的屏幕截图。显示了相关型号电机电缆的最小绝缘电阻。

兆欧表应设置为 500 伏，与外壳相比，电动机接线（UV 和 W）的最小电阻应为 100 MΩ（兆欧）或更大。

例如，电动空调压缩机和加热元件的绝缘电阻可能不同。测量其他成分时，请参考该部分的出厂数据。

1、负极侧绝缘测量（无故障）：
断开插头后，我们还测量了与车辆质量相比的负侧。图 1 和图 2 显示了该测量的示意图和实际情况。测量结果绝缘电阻>550MΩ，表明绝缘状况良好。

2、正极侧绝缘测量（无故障）：
断开插头（例如从逆变器上拔下）后，我们将红色测量探针连接到拆下的插头（现在位于正极）的引脚上，将黑色测量探针连接到连接到车身的接地点。图 1 重新显示了上一节中的图表，对 HV 电池 (1)、车辆质量 (2) 和两个用电设备（3 和 4）进行了编号。连接兆欧表并按下橙色“绝缘测试”按钮，以500伏的传输电压测量绝缘电阻。这相当于 133 兆欧。绝缘电阻低于之前的测量值。应查阅制造商的说明。我们遵守制造商规定的 100 MΩ 最小绝缘电阻。绝缘电阻正常。

3. 正极侧（故障）绝缘测量：
在对相同连接进行测量时，我们测得绝缘电阻为 65 MΩ。尽管电阻值高于 IEC 和 IEEE 设置的最小每伏 500 欧姆（请参阅上一段），但接线和/或组件仍会被拒绝，因为制造商已指定 100 MΩ 的最小电阻值。接线和/或插头连接可能无法修复，但必须完全更换。

4. 正极侧（故障）绝缘测量：
当测量绝缘值为 0 MΩ 时，高压线与外壳之间存在直接连接（即短路）。接线和/或插头连接可能无法修复，但必须完全更换。

一旦出现绝缘故障，可将其他用电设备的插头一一拔下，在插头内进行测量，如上图文字所示。