EV/HEV的电气安全性专题—1—概述

中心议题:
        *EV/HEV 系统的电气安全设计

最近花了很多的时间在这个方面，希望根据这个阶段的学习整理出一个较为全面的概念来。后面参考的是很多与安全相关的标准， 可能不一定完整，将在后续一点点整理。以前我也写过关于安全性方面的文章，仅仅是SAE2344中上一版本中的基本要求，随着新的版本的更迭，这里将通过 SAEJ2344 中的要求整理出来，然后对应到具体的模块的功能设计和可以采取的方法。希望能够落到实处，因此这里也是整理一个概述出来。

注 意：原有关于接地的方法中保护地中所有的材料，将整理至这个专题讨论中的一部分。由于EDN的网站博客最近有抽风，因此这里是在论坛先发，然后转过去的， 希望等它好了以后可以进行修改。
 
1.潜在危险电压的幅值范围，通过触电（电击）的形式伤害到使用者的方式，一般是以电压幅值的方式进行衡量的。国标里面定义是交流25V和直流 60V对人存在潜在的威胁，美国的工业标准是交流30V和直流60V；
 
2潜在危险的能量：除了触电以外对 人身伤害的方式。带电的不同电极之间，带电和不带电的两端之间可能存在的能量可能通过人体进行释放，这会造成一定的问题。在SAE1776和UL2202 中分别有以下的描述：

其他的重要的规则说明：

1）电动汽车耐撞的安全性则依照SAEJ1766及 FMVSS 305这两个标准进行梳理。

2）单个故障的冗余性：任何一个单个软/硬件故障，或受过培训的人员不遵守某一项安全规定，不能使电动车对人员有安全 威胁。从某种角度而言，这是一个非常高的要求，在单项故障发生系统需要有安全保护。

3）EV/HEV 系统的电气安全设计
  
电气安全EV/HEV内部包括对人体潜在危险的电气源（足够大的电压/电流水平)，因此从系统设计的角度需要考虑保护人员不能遇到这种危险。在正常操作条 件下，电气隔离通过物理分离（绝缘导线/外壳/其他保护机构）等方法保证了足够的强度。在正常操作以外，环境条件和可能发生的意外事件都可能使得这种物理 的保护的强度降低。因此需要进行对这种隔离强度的保护进行检测的方法并进行保护。从维修和维护的角度，也需要一些手段保证维修人员在物理保护丧失的情况 下，对整个系统进行接触并进行调整。可以采用一个危险电压自动断开，手动断开，互锁系统，专用工具，和接安全地，通过这些手段防止人员意外接触危险电压或 防止不受控制的电能释放对人员进行某种程度的伤害。

3_1 电气隔离
 
触电的危险的大小评估是取决于通过人体的电流值和持续发热时间。这种身体有害电流的影响 - 连续流动 - 是预防，如果他们不超过10 mA DC或2毫安交流如图所示，分别22和20的IEC 60479-1分别。这些无害的身体电流对应的最低绝缘电阻要求100或 500 ? /五分别。隔离是指从正反两方面的高电压总线相对于车辆传导结构。详细的定义可参考IEC60479-1。

3_2 耐高压能力
 
高电压系统具有足够的电介质强度，在施加电压以后不会产生绝缘击穿，跳火等现象发生。主要对象是线束，总线和连接器。在SAEJ2578有较为详细的说明 和测试标准，在以后进行整理和分析。

3_3危险电压自动断开
 
在某些条件发生的时候，整个系统需要自动将整个系统的供电源和负载进行电气分离。在清除了这些意外的条件以后，可产生一个回复的信号，将整个系统重新连接起 来。以下有几个典型的自动断开的功能输入条件：汽车碰撞传感器，检测高电压绝缘故障，危险电压闭锁回路断开，电池输出过流。需要注意的是，这个工作是在 EV/HEV整车控制器内完成的，是考虑将各种条件汇聚之后实施的某种策略。

自动断开功能的设计指南

自动断路器需要尽可能的接近电池（高 压源），以减少在断电时候继续蓄能的电路。
复位自动断路器应要求操作者施加额外的信号，需要进行和危险电压之间的电气隔离。
自动断路器具 有有自诊断的能力，将其内部的故障检测出来并予以显示，如果不能正常工作则整个车需要特殊处理。
自动断路器需要处在常开的状态下，在故障安全的条 件下保证整个输出源被切断。
自动断路器即使是在相应的供电电压过低的情况下也能操作。
自动断路器需要提供一个输出信号，提前通知其他用电 负载，使之能在断电之前有响应提前进行操作。

3_4手动断开：手动断开危险 电压也是一种必须考虑的方式

断开位置和类型：如果使用单极断开开关，尽可能靠近电池中心位置。使用双极断开开关，则可以同时用于电 池的正极和负极。
断开功能：打开手动断开开关则需要断开电池正负极输出端的电压。
断开操作：操作手动断开并不能设计为需要专用的工具，仅 仅依靠人员施加一定程度的力就可以完成。注意开关也需要进行和危险电压之间的电气隔离。

3_5互锁

危险电压总线放电，访问盖互锁，危险电 压闭锁回路，充电接口的互锁，将会进行详细的整理。

3_6专用工具

3_7接地

这将会具体进行展开，这是整个设计的重点。

3_8 高压电线组件

高电压线束都必须遵循SAEJ1654和SAEJ1673的设计指导。

3_9高压连接器

高压连接器必须遵循 SAEJ1742规定的要求。

3_10 熔断保护

保险丝设计在过流的时候进行响应，总体不是很灵敏的，并且保护过程是不可逆的，必须更换 后的电路故障得到解决。

中国的标准

GB/T 18384.1 电动汽车 安全要求 第1部分:车载储能安全
GB/T 18384.2 电动汽车 安全要求 第2部分：功能安全和故障防护
GB/T 18384.3 电动汽车 安全要求 第3部分:人员触电防护.
GB/T 19751   混合动力电动汽车安全要求

美国的标准

（SAE 美国机动车工程师学会）
SAE J1654    High Voltage Primary Cable
SAE J1673    High Voltage Automotive Wiring Assembly Design
SAE J1742    Connections for High Voltage On-Board Road Vehicle Electrical Wiring Harnesses - Test Methods and General Performance Requirements
SAE J1766    Recommended Practice for Electric and Hybrid Electric Vehicle Battery Systems Crash Integrity Testing
SAE J1772?   SAE Electric Vehicle and Plug in Hybrid Electric Vehicle Conductive Charge Coupler
SAE J1773    SAE Electric Vehicle inductively Coupled Charging
SAE J1797    Recommended Practice for Packaging of Electric Vehicle Battery Modules
SAE J1798    Recommended Practice for Performance Rating of Electric Vehicle Battery Modules
SAE J2289    Electric-Drive Battery Pack System: Functional Guidelines
SAE J 2344   Guidelines for Electric Vehicle Safety
SAE J2464    Electric and Hybrid Electric Vehicle Rechargeable Energy Storage System (RESS) Safety and Abuse Testing
SAE J2578   Recommended Practice for General Fuel Cell Vehicle Safety
（UL美国保险商实验室）
UL 991  Standard for Tests for Safety-Related Controls Employing Solid-State Devices
UL 1998  Standard for Safety-Related Software
UL 2202  Electric Vehicle Charging Equipment October 1996
UL 2231  Personnel Protection Systems for Electric Vehicle (EV) Supply Circuits: Part 1: General Requirements, July 1, 1996
UL 2251  Plugs, Receptacles, and Couplers for Electric Vehicles
UL 2279  Standard for Electrical Equipment for Use in Class I, Zone 0, 1, and 2 Hazardous (Classified) Locations

国际标准
ISO/WD 6469-1  Electric  road  vehicles  -  Safety  specifications  -  Part  1:  On-board  rechargeable  energy  storage system - RESS
ISO/WD 6469-2  Electric  road  vehicles  -  Safety  specifications  -  Part  2:  Vehicle  operational  safety  means  and protection against failures
ISO/WD 6469-3  Electric road vehicles - Safety specifications - Part 3: Protection of persons against electric shock