新能源汽車(chē)電氣化程度相對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)要高，其中高壓電氣系統(tǒng)包括電池包、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、高壓用電輔助設(shè)備、充電機(jī)及高壓線束等，在汽車(chē)運(yùn)行的惡劣環(huán)境（汽車(chē)振動(dòng)、外部環(huán)境濕度及溫度）影響下，或汽車(chē)發(fā)生碰撞、翻轉(zhuǎn)的情況，都有可能導(dǎo)致高壓電路與汽車(chē)底盤(pán)間的絕緣性能降低，由此可能造成汽車(chē)火災(zāi)的發(fā)生，直接影響駕乘人員的生命安全。

高壓電氣系統(tǒng)架構(gòu)

新能源汽車(chē)較高的工作電壓對(duì)高壓電氣系統(tǒng)和車(chē)輛底盤(pán)之間的絕緣性能提出了更高的要求，在高壓電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段考慮各種工況因素，采用高壓絕緣管理策略對(duì)整車(chē)高壓電絕緣狀態(tài)的在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。

1、新能源汽車(chē)電氣系統(tǒng)架構(gòu)

新能源汽車(chē)高壓電氣系統(tǒng)為汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)等大功率部件提供電能，根據(jù)不同用途，電氣系統(tǒng)分為高壓電氣系統(tǒng)、低壓電氣系統(tǒng)及CAN通訊信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

低壓電氣系統(tǒng)構(gòu)成：包括燈光照明系統(tǒng)、娛樂(lè)系統(tǒng)、雨刷器等常規(guī)低壓用電器及相關(guān)控制回路（整車(chē)控制器、電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制器、DC/DC轉(zhuǎn)換器及電動(dòng)空調(diào)等）供電。

整車(chē)的高壓電氣系統(tǒng)構(gòu)成：動(dòng)力電池組輸出的高壓直流電通過(guò)電機(jī)控制器逆變驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)直流電壓轉(zhuǎn)換器或逆變器向空調(diào)壓縮機(jī)、PTC、或其他高壓部件等提供電能。

CAN通訊信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)整車(chē)控制器和電機(jī)控制器、以及電池管理系統(tǒng)、高壓電安全管理系統(tǒng)、電動(dòng)空調(diào)、車(chē)載充電機(jī)及非車(chē)載充電設(shè)備等控制單元之間的相互通信。

新能源汽車(chē)高壓電氣系統(tǒng)部件

相對(duì)于傳統(tǒng)汽車(chē)而言，純電動(dòng)汽車(chē)采用了大容量、高電壓的動(dòng)力電池及高壓電機(jī)和電驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，并采用了大量的高壓附件設(shè)備（電動(dòng)空調(diào)、PTC電加熱器及DC/DC轉(zhuǎn)換器等）。由此而隱藏的高壓安全隱患問(wèn)題和造成的高壓電傷害問(wèn)題有別于傳統(tǒng)燃油汽車(chē)。

根據(jù)純電動(dòng)汽車(chē)的特殊結(jié)構(gòu)及電路的復(fù)雜性，并考慮純電動(dòng)汽車(chē)高壓電安全問(wèn)題，必須對(duì)高壓電系統(tǒng)進(jìn)行安全、合理的設(shè)計(jì)和必要的絕緣監(jiān)控，是電動(dòng)汽車(chē)安全運(yùn)行的必要保證。

2、新能源汽車(chē)高壓電氣系統(tǒng)絕緣設(shè)計(jì)要求

新能源汽車(chē)高壓電氣系統(tǒng)最主要的就是要保證充分保證人的安全，從安全設(shè)計(jì)角度來(lái)看，高壓安全的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括三方面：

接觸防護(hù)：防止人員接觸到高壓部件，接觸防護(hù)設(shè)計(jì)包括絕緣設(shè)計(jì)、高壓安全標(biāo)識(shí)、接觸防護(hù)等級(jí)、遮擋設(shè)計(jì)等；

接觸保護(hù)：保障接觸到不會(huì)發(fā)生觸電危害，包括高壓互鎖設(shè)計(jì)、低電能、低電壓和電位均衡等；

安全預(yù)警：在發(fā)生高壓安全危險(xiǎn)、漏電之前，有及時(shí)的預(yù)防和預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)高壓系統(tǒng)的關(guān)鍵觸點(diǎn)絕緣監(jiān)測(cè)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)等杜絕危險(xiǎn)發(fā)生。

電動(dòng)汽車(chē)高壓互鎖HVIL

根據(jù)GB/T 18384《電動(dòng)汽車(chē)安全要求》以及IEC 60479-1：2005《通過(guò)人體電流安全標(biāo)準(zhǔn)》，電動(dòng)汽車(chē)高壓安全設(shè)計(jì)要求如下：

（1）高壓系統(tǒng)接觸防護(hù)要求：高壓連接器設(shè)計(jì)遮攔或者外殼且具備高壓互鎖功能，避免人員直接接觸；

（2）高壓系統(tǒng)漏電流/電壓要求：漏電流不能超過(guò)人體安全閾值（30mA·s），接觸電壓不能超過(guò)人體安全電壓（36V）；

（3）高壓系統(tǒng)絕緣要求：電阻阻值除以動(dòng)力電池標(biāo)稱電壓至少大于100Ω/V；

（4）高壓系統(tǒng)功能安全要求：上電時(shí)需具有預(yù)充電過(guò)程，以避免接通時(shí)的瞬態(tài)高壓電沖擊；任何工況下，高壓繼電器的斷開(kāi)時(shí)間應(yīng)小于20ms；高壓系統(tǒng)電源斷開(kāi)1s后，任何可觸及的導(dǎo)電部分和地之間的交流峰值電壓應(yīng)低于42.4V，直流電壓應(yīng)低于60V，且存儲(chǔ)的能量應(yīng)少于0.2J。

3、電動(dòng)汽車(chē)高壓電氣系統(tǒng)絕緣電阻測(cè)試

對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)高壓電氣系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，高壓系統(tǒng)中所有零部件（如車(chē)載充電器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)控制器，高壓分線盒，DC/DC 變換器等），均與高壓蓄電池是并聯(lián)關(guān)系，高壓系統(tǒng)的絕緣電阻與整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)密切相關(guān)。

電動(dòng)車(chē)高壓系統(tǒng)發(fā)生絕緣故障導(dǎo)致人觸電主要分為高壓部位直接對(duì)車(chē)身的絕緣失效、高壓部位對(duì)設(shè)備外殼的絕緣失效兩大類，絕緣電阻監(jiān)控系統(tǒng)是對(duì)動(dòng)力電池和電底盤(pán)之間的絕緣電阻進(jìn)行定期地監(jiān)視的系統(tǒng)。

電動(dòng)汽車(chē)的高壓部件是一種并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)的絕緣電阻是所有高壓部件絕緣電阻的并聯(lián)值。依據(jù)GB-T 18384-2015電動(dòng)汽車(chē) 安全要求中規(guī)定，絕緣電阻最低要求：直流100Ω/V，交流500Ω/V。

新能源汽車(chē)絕緣材料

絕緣工程上是為了隔離人、其他帶電或者不帶電結(jié)構(gòu)，在帶電器件表面包裹一層絕緣材料，一般通過(guò)絕緣電阻、漏電流比較絕緣材料或系統(tǒng)絕緣能力的高低。

絕緣電阻值為兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間及其周邊連接在一起的各項(xiàng)關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)所形成的等效電阻值，通過(guò)檢測(cè)絕緣電阻可以評(píng)估電氣設(shè)備的絕緣性能。

絕緣監(jiān)測(cè)多采用低頻信號(hào)注入法，其基本原理是在其內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)正負(fù)對(duì)稱的方波信號(hào)，通過(guò)絕緣阻抗監(jiān)測(cè)儀連接端子與直流高壓系統(tǒng)和底盤(pán)之間的絕緣電阻RF構(gòu)成測(cè)量回路，通過(guò)對(duì)采樣電阻上分壓的采集，計(jì)算得出RF大小。

絕緣電阻測(cè)試原理圖

依據(jù)絕緣電阻測(cè)試類別分類，絕緣電阻的測(cè)試包括總成級(jí)測(cè)試、系統(tǒng)級(jí)測(cè)試與整車(chē)級(jí)測(cè)試。

按照絕緣電阻測(cè)試方法本身的分類，可以分為不含電源的總成/系統(tǒng)測(cè)試和動(dòng)力電池本身及包含電源的系統(tǒng)測(cè)試。

不含電源的總成及系統(tǒng)絕緣電阻測(cè)試：采用可以提供測(cè)試電壓的設(shè)備，如絕緣表或者絕緣耐壓測(cè)試儀；

動(dòng)力電池或包含動(dòng)力電池的高壓系統(tǒng)緣電阻測(cè)試：采用可借助本身電壓進(jìn)行測(cè)試的方法，目前常用的方法是GB 18384—2020中規(guī)定的測(cè)試方法，常稱為“五步法”。

手持式絕緣電阻測(cè)試儀

4、800V高壓平臺(tái)絕緣設(shè)計(jì)

2024年，國(guó)內(nèi)乘用車(chē)800V快充車(chē)型滲透率有望提升至7%左右，新能源汽車(chē)800V高壓平臺(tái)帶來(lái)的不只是更快的充電效率和更長(zhǎng)的續(xù)航里程，還有和400V系統(tǒng)相比，更嚴(yán)峻的絕緣和安全挑戰(zhàn)。

800V平臺(tái)電壓的提升，電池材料和零部件將面臨如下挑戰(zhàn)：

三電部件共性耐壓絕緣設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)：電氣部件主功率回路相關(guān)的電氣間隙、爬電距離要重新設(shè)計(jì)；高低壓部件的信號(hào)隔離回路要重新設(shè)計(jì)；使用更高耐壓的絕緣材料。

電池包技術(shù)挑戰(zhàn)：800V平臺(tái)充電功率提升，電芯充電倍率將由1C提升到>=3C，影響電池容量和壽命，過(guò)高的電壓將導(dǎo)致電極材料和電解液的穩(wěn)定性降低。

電機(jī)技術(shù)挑戰(zhàn)：800V架構(gòu)下電機(jī)以較低的成本來(lái)滿足扭矩、功率和效率要求的同時(shí)，高電壓會(huì)對(duì)絕緣能力、耐壓等級(jí)以及爬電距離帶來(lái)更大挑戰(zhàn)。

電機(jī)控制器技術(shù)挑戰(zhàn)：800V電機(jī)控制器設(shè)計(jì)必須考慮高功率密度、高耐熱、高頻率切換應(yīng)用下的產(chǎn)品可靠性，800V電壓以及碳化硅逆變器頻率的提升帶來(lái)逆變器EMC設(shè)計(jì)的巨大挑戰(zhàn)。

其他部件技術(shù)挑戰(zhàn)：800V OBC、800V DCDC、800V電池高壓繼電器/熔斷器/連接器、充電樁等都需要進(jìn)行升級(jí)，這對(duì)汽車(chē)研發(fā)設(shè)計(jì)者帶來(lái)較大的挑戰(zhàn)。

800V高壓系統(tǒng)架構(gòu)

總而言之，針對(duì)新能源汽車(chē)的高壓電氣架構(gòu)，需采用合理的高壓電氣架構(gòu)（如：驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器和電機(jī)控制器集成的三合一；車(chē)載充電機(jī)、DC\DC變換器集成的二合一等），集成相關(guān)高壓零部件，達(dá)到減少高壓繼電器、高壓連接器的數(shù)量、高壓動(dòng)力電纜的使用量等目的，增加整車(chē)高壓系統(tǒng)的可靠性，降低發(fā)生高壓安全問(wèn)題，又可以降低整車(chē)成本，增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

電動(dòng)汽車(chē)中高壓電氣系統(tǒng)的功能是保證整車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力電能的傳輸，實(shí)時(shí)、定量地檢測(cè)高壓電氣系統(tǒng)相對(duì)車(chē)輛底盤(pán)的電氣絕緣性能，檢測(cè)整個(gè)高壓系統(tǒng)的絕緣故障、斷路故障、接地故障和高壓故障等，對(duì)保證乘客安全、電氣設(shè)備正常工作和車(chē)輛安全運(yùn)行具有重要的意義。