作者 / 陆珂伟 上海轿车捷能技能有限公司
摘要：为了合理地分配高压电池体系能量输出，电池体系内的配电盒起到了断开和闭合履行器的功用。跟着新能源轿车的开展，在前期探索阶段，电池体系的电气安全规划都是遵循经典的规划要求来做的。因为我国电动轿车快速上量，在实践中得到的一些经历，对电池体系的可修理性、集成度提出了新的要求，配电盒的开展也呈现了集成式和可替换两种技能途径，本文将剖析体系动身收拾电池体系配电盒的规划需求，并对电池体系配电盒规划的关键进行整理，最终对两种技能途径进行了比较。本课题经过实践经历中得到的一些经历教训，对产品的规划做出了改善，并朝着进一步集成化的方向开展，降低了本钱，并以独立修理部件的方法辅导后续修理和规划，在实践中取得了比较好的成果。
新能源轿车一般装备高压电池体系，电池对应着高达上百伏电压的电气体系，因为超过了直流的安全电压规模，因而，电池体系内的配电安全规划就关系到整车的电安全的供应，一起也是电池办理体系将电池与整车用电网络脱开的履行单元，如不进行合理的规划与防护，将可能带来人员电击等十分严峻的高压安全问题，此外，在车辆磕碰、电池检测到内部的危险和损害的时分，电池体系也需求断开高压输出以尽可能削减对电池进一步损伤。假如不能很好地进行功用安全和高压安全方面的规划，不只会影响电动轿车产品的运用安全，也会对电动轿车的开展和遍及将遭到很大的负面影响。
电动轿车的高压配电体系前期是从混合动力电池体系演化而来，电池体系需具有慢充功用、快充功用，放电回路需供应高压空调体系和辅佐功率体系，此外，电池体系供应前驱和后驱两个大的回路，还需求考虑不同装备的兼容性。在这样的条件下，传统的配电体系需求考虑不同的回路、不同的兼容性，并且内部包含的高压接触器越来越多，对修理也产生了比较大的影响。因而本文别离从配电单元和电池体系的视点对安全问题进行剖析和研讨，并给出一种较为体系的规划的计划和思路。
1 电池体系的高压安全和配电要求
1.1 电池体系高压安全的根本需求
新能源轿车的电池体系相关于传统轿车是高压部件，因而，为了避免高压电对乘员产生损伤。国内外有一系列的规范来束缚整个电池体系的根本规划要求，也规则了电池体系具有的主动的功用，GBT18384.1和GBT31498 别离规则了高压配电和安全体系的根本功用。在国际上参阅的是SAE J1766、SAE J2344、SAE J2289和ISO/NP 6469-4。
在电动轿车里边，规划的延续性是比较强的，因而全体的构型是以经典的混合动力电池体系架构来开端的。在规划初始，考虑到混合动力电池是包含在原有的传统轿车的修理和处理上开展的，所以需求有主动断开设备(正负回路都有高压接触器)和手动修理开关两重维护使得高压电气下电之后，电池体系的高压衔接点能够保证不带电。如图1所示，电池配电体系的根本构型为主负接触器、电流传感器和预充接触器和预充电阻。
从功用上看，电池配电单元的功用首要包含：
1.2.1 保证电池体系在天然状况下断开
(1)电池体系的正负南北极应从车辆电气体系上断开;
(2) 主接触器无恳求不得翻开;
(3) 操控信号堵截时主接触器有必要翻开。
1.2.2 保证在紧迫状况下断开，保证断开之后的绝缘性和断开才能
(1)在过流的状况下，如产生撞车时，保险丝和主接触器有必要将蓄电池体系与电机安全别离;
(2)当磕碰产生的时分，操控器承受磕碰信号，堵截整个高压体系，把高压体系母线的电压/能量降到安全规模之内;
(3)主接触器有必要坚持完好的功用性，即在保险丝熔断前，承载或分断过电流;
(4)在毛病状况下堵截后，翻开的接触器有必要保证储能体系与车辆之间有满足的绝缘电阻。
1.2.3 几种不同的配电单元构型
插电式混合动力在本来的基础上添加了沟通充电的需求，纯电动轿车添加了直流快充的需求，因而开展出来几种不同的配电单元构型。
如图2所示的一个典型的纯电动配电架构，其首要的规划要求为：
(1)添加一对沟通充电接触器，独立于主正和主负;
(2)串联添加一对快充接触器，能够在不改变电池内部配电单元的状况下，复用预充功用，也能让整车上电过程中充电接口不带电;
(3)加热接触器选用独立的回路驱动加热膜或者是正温度系数热敏电阻(PTC)来加热冷却液。
2 因为车型需求改变导致的高压配电办理体系的结构和开展改变
在运用实践过程中，为了简化继电器，能够把沟通充电负极接触器复用主负接触器。假如在直流接口采纳满足的防护条件下，能够将快充的一路与主路进行复用。
从牢靠性而言，能够把不同功用的接触器进行分类。
因为接触器的问题可能会导致根本的“Limp Home”功用都无法完结，需求先界说以下牢靠性要求：
类型1：法规规则断开才能的安全要求，有必要契合ISO 26262的ASIL D要求;
类型2：由车辆根本可用性要求导出的闭合特性;
类型3：因为排放要求的规则和用户功用性要求有必要能闭合。
配电盒内的接触器的功用分类如下表1所示，每个接触器的功用特性的要求不尽相同。
2.1 配电单元的结构
如图3所示，整个电池配电单元首要包含高压衔接器、低压衔接器、内部接触器和整合的高压部件等。
高压衔接器包含充电、直流直流变换器(DC-DC)、电空调体系、主驱动体系，这儿还包含高压体系的各个线路支路。
低压衔接器包含电池办理体系的衔接信号、接触器的驱动电路。这儿分两种构型：一是BMU直接驱动接触器和整车办理器来驱动接触器，两者在信号回路上会存在明显的差异;二是首要包含电池办理体系的唤醒、通讯等外部信号衔接，还有电源供应。
内部接触器和整合的高压部件首要包含：主正接触器、主负接触器;慢充接触器;快充接触器;预充接触器;预充电阻;电流传感器;智能电路板驱动。
2.2 配电单元的规划方向
跟着电动轿车的开展，配电单元的首要有接触器可替换式配电盒、集成化开展两大开展方向。
可替换式配电盒首要应用在插电式混合动力上面，进一步把修理下沉到接触器，缩短接触器损坏导致的修理问题。
在电动轿车专用渠道的规划考虑过程中，需求考虑把整个高压配电体系进行高度整合，把相关的检测、操控和各种功用独自整组成一个部件，全体修理和替换，这儿首要是经过模块化的规划理念来做，经过高度的零件集成和复用零部件的方法用来构成电池渠道的模块化。
2.2.1 接触器可替换式配电盒
这类规划的思路是从HEV动身，经过选用插拔式的高压接触器来完成可替换和修理规划。如图4所示，配电盒规划在电池体系端板一体化，在规划时尽量考虑拼装的快捷性，考虑把配电盒内一切的内部高压线和低压线经过合理的散布进行区别，选用内部母线排来替代高压线，节省空间。这儿需求考虑插拔的电气衔接端子的牢靠性，整个结构的稳定性需求接触器外围做一些加强结构。这儿的规划细节，首要是可插拔的接触器、可插拔的预充电阻，与插拔的卡片式的母端端子和内部衔接的铜牌所组成。
2.2.2 集成化开展
跟着电动轿车的进一步集成，整车的分电盒部分功用搬运，把快充的接触器集成在电池内部的配电盒里边，因而呈现了全集成化的接触器规划，把高压检测、绝缘检测、接触器驱动、电流检测、通讯和确诊功用构成一个集成化的智能配电单元。未来这样的规划结构将极大地解放电池办理单元的核算需求。
如图5所示，这儿与电池办理体系的分配过程中迁移了以下的功用模块：
1)电池体系总参数检测：包含电池体系总电压、总电流、温度检测、绝缘检测、磕碰检测等，这些功用都是从电池办理功用进行分化出来的;
2)接触器操控与电池安全维护：驱动接触器的电路和确诊接触器各个高压节点的实践状况;
3)MCU核算中心：首要包含对总电压、总电流的处理，对接触器的确诊和毛病处理，包含毛病检测、毛病类型判别、毛病定位、毛病信息输出等;
4)电源办理电路和EMC按捺：从电池模组和12V电池上驱电，经过合理的维护电路来管控不同节点的电源状况。因为电池体系处在一个高压大电流的环境里边，外部的负载会导致在母线上会有很多的暂态重量，在电池体系内部的电池办理体系需求有好的抗电磁干扰才能，这儿就要求在电源端具有杰出的布局和处理;
5)网络通讯和操控接口：集成式的配电办理体系一般具有1~2路串行通讯，发送电压和电流信息给电池办理体系，承受整车的网络办理指令并具有直接硬线办理的断路功用。
由这些功用模块所组成的新的带有智能功用的操控单元，将大大削减电池办理体系的负荷，能让电池办理体系专心于电池状况的办理，也为将来完成电动轿车的域操控器的完成起到衬托效果。
3 定论
跟着电池体系的上量，经过必定的电池体系售后毛病率和耐久性运用，电池体系配电盒这个电气安全部件的鲁棒性将会极大地影响电动轿车的售后服务和用户满意度。而电池体系本钱的下降，关于整个电动轿车的降本也提出了新的要求。在电动轿车的全寿数周期内，合理的平衡本钱、质量和寿数的需求，将对电动轿车市场的开展有着十分重要的影响。
参阅文献：
[1]《电动轿车高压电路单点失效防护研讨》-赵家旺，刘桂彬，周荣，2016年我国轿车学会年会论文集 P256-257
[2]《动力电池体系高压电绝缘规划与测验》，《上海轿车》2014年8期 樊晓松 王英
[3]High Voltage Connect Feature2011-01-1266Trista Schieffer, SuneetKatoch and Richard Marsh
本文来源于《电子产品世界》2018年第10期第57页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
