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【技术课堂】新能源汽车高压系统绝缘设计-上



发布时间:2023-11-27 作者: 产品中心

  传统燃油汽车采用 12V 给车内电气(车灯,雨刷,车窗,空调等)供电, 不易发生触电事故.电动汽车采用动力电池提供动力驱动电动机,电动汽车高压蓄电池(动力电池)输出电压已经超出了安全电压,若系统绝缘损坏就会发生触电事故。发生触电事故的根本原因有以下几种:

  在固体电介质中发生破坏性放电时,称为击穿。击穿时,在固体电介质中留下痕迹,使固体电介质永久失去绝缘性能。

  原子由原子核和核外电子构成,这些电子绕着原子核的中心运动,就像太阳系的行星绕着太阳运行一样。原子核内有质子、中子,还有别的基本粒子。

  导体内的自由电子或离子在电场力的作用下有规律的流动。规定正电荷移动的方向为正方向。用字母 i 表示,单位为 A(安)。

  电路中两点之间的电位差。用字母 U表示,单位是 V(伏)。标称电压(nominal voltage)一个电气系统名义的电压值。该系统的特性都与此值有关。工作电压(working voltage)在任何正常工作状态下,电气系统可能会产生的交流电压(均方根值 rms)或直流电压的最髙值(不考虑瞬时电压)。

  导体能导电,同时对电流有阻力作用,这种阻碍电流通过的能力成为电阻, 用字母 R 表示,单位是 Ω(欧姆)。

  绝缘体内部:原子核周围的电子被原子核牢牢束缚,称为束缚电子,因此绝缘体不导电;

  两导电部件之间,或一个导电部件与器具的易触及表面之间的空间最短距离, 如图所示。

  两导电部件之间,或一个导电部件与器具的易触及表面之间沿绝缘材料表面测量的最短路径,如图所示。

  人员与基本绝缘故障情况下变为带电的外露可导电部件之间的接触。或者说指电气设备的外露导电部分因绝缘损坏而带故障电压,这时人或动物接触此外露导电部分而遭受的电击。例如因绝缘破损,人挪动相线线芯碰金属支柱时遭受的电击。电动汽车本来车壳不带电,当由于电动汽车内部高压系统中的零部件的绝缘损坏导致机壳至少两点带电时,此时如果人不小心触碰车壳时,会造成间接接触触电。

  电动汽车中涉及到 4 种绝缘,包括基本绝缘,附加绝缘,双重绝缘,加强绝缘。

  为了在基本绝缘故障情况下防止触电,而在基本绝缘之外使用的独立绝缘。以导线绝缘为例说明基本绝缘和附加绝缘表现形式,电动汽车使用的高压电缆如图所示。

  同时具有基本绝缘和附加绝缘的绝缘。双重绝缘使用的例子如:具有两层护套的电线。举例说明:一根电源线有基本绝缘,如果再套一层纤维管或热缩管, 那么增加的这一层绝缘叫做附加绝缘,加强绝缘从形式上看是一层绝缘,但本质上相当于双重绝缘的功能。

  提供相当于双重绝缘保护程度的带电部件上的绝缘结构。绝缘结构并不代表绝缘必须是同类材料,它可以由几种不同于基本绝缘或附加绝缘那样能够单独试验的绝缘层组成。

  加强绝缘使用的例子很多,如:一般电器产品的塑胶外壳。电动汽车交流充电插座属于加强绝缘,如图所示。

  对于上述 4种绝缘可以拿个生活例子穿衣服来比喻:基本绝缘:穿了一件衣服;附加绝缘:可能有点冷,在原来的衣服上再加一件;双重绝缘:两件衣服的统称,即第一件衣服+第二件衣服;加强绝缘:就穿一件衣服,比较厚的保暖衣。此件衣服可以是一层也可以是两层或多层。

  IP(INGRESS PROTECTION)防护等级系统是由IEC(INTERNATIONALELECTROTECHNICAL COMMISSION)所起草,将电器依其防尘防湿气之特性加以分级。这里所指的外物含工具,人的手指等均不可接触到电器内之带电部分, 以免触电。IP 防护等级是由两个数字所组成,第 1 个数字表示电器防尘、防止外物侵入的等级,第 2 个数字表示电器防湿气、防水侵入的密闭程度,数字越大表示其防护等级越高。

  防止人体(如手掌)因意外而接触到电器内部的零件,防止较大尺寸(直径大于 50mm)的外物侵入

  防止人的手指接触到电器内部的零件,防止中等尺寸(直径大于12.5mm)的外物侵入

  防止直径或厚度大于 2.5mm 的工具、电线及类似的小型外物侵入而接触到电器内部的零件

  防止直径或厚度大于 1.0mm 的工具、电线及类似的小型外物侵入而接触到电器内部的零件

  完全防止外物侵入,虽不能完全防止灰尘侵入,但灰尘的侵入量不会影响电器的正常运作

  欧洲规定要求:组件和接插件连接至少 IP2X 在断开状态,至少 IP4X 的连接状态,详细的细节内容参见 EN60529(VDE0470-1)。

  在电动汽车中二类设备主要有:电动汽车交流充电插座,各种接插件的接口, 高压电缆等,如图所示。

  电动汽车中各个高压部件采用接地线连接,保证各个高压部件电位均衡。接地的电阻值不超过 0.1Ω。

  环境条件:根据导电物体吸湿的尘埃、游离气体或盐类和由于吸湿或凝露导致表面介电强度或电阻率下降事件发生的频度而对环境条件作出的分级。

  污染等级 2:正常的情况下,只有非导电性污染。但是,也应考虑到偶然由于凝露造成的暂时的导电性。

  污染等级 3:存在导电性污染,或者由于凝露使干燥的非导电性污染变成导电性的污染。

  污染等级 4:造成持久性的导电性污染,例如由于导电尘埃或雨雪造成的污染。

  按照国标 GB4706.1-2005 需要满足爬电距离和电气间隙的要求(针对污染等级为 III,使用电压 220-240V,一般如下):

  绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级,分 A级、E级、B级、F级、H 级、C 级、N级、R级。允许温升是指电动机的温度与周围环境和温度相比升高的限度。

  在电气设备中,在允许电压下不导电的材料是最为薄弱的环节。在允许电压下不导电的材料尤其容易受到高温的影响而加速老化并损坏。不同的绝缘材料耐热性能有区别,采用不一样在允许电压下不导电的材料的电气设备其耐受高温的能力就有不同。因此一般的电气设备都规定其工作的最高温度。

  简单说绝缘电阻是指绝缘物在规定条件下的直流电阻。具体说绝缘电阻是指加直流电压于电介质,经过一段时间极化过程结束后,流过电介质的泄漏电流对应的电阻称绝缘电阻。

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