1.5　电动汽车高压电系统安全常识

1.5.1　高压电的危害

高压电可对人体构成多种伤害，主要有电流通过人体的触电伤害、电击伤害和人在电磁场环境下的辐射伤害等。人碰到带电的导线，电流通过人体称为触电。触电后，电流会对人体及人体内部组织造成不同程度的损伤。电击是指电流通过人体，破坏人体心脏、肺及神经系统的正常功能。电伤是指电流的热效应、化学效应和机械效应对人体的伤害，主要是指电弧烧伤、熔化金属溅出烫伤等。人体直接接受电流能量会遭到电击，电能转换为热能作用于人体，致使人体受到烧伤或灼伤。与其他一些伤害不同，电流对人体的伤害事先没有任何预兆。伤害往往发生在瞬间，而且人体一旦遭受电击后防卫能力迅速降低。人在电磁场的照射下吸收电磁场的能量也会受到伤害。电磁场生理伤害指在高频磁场的作用下，人会出现头晕、乏力、记忆力减退、失眠和多梦等神经系统的症状。

（1）人体的触电方式　人体的触电一般有直接触电、跨步电压触电、接触电压触电等几种类型。

① 直接触电。人体直接接触带电导体造成的触电，或人体某部分与高压电的距离太近，造成高压电对人体放电引起的触电称为直接触电。如果人体直接接触到电气设备和线路中一相带电导体，或者与高压系统中一相带电导体的距离小于该电压的放电距离，造成其对人体放电，这时电流将通过人体流入大地，这种触电称为单相触电。如果人体同时接触电气设备或线路中两相带电导体，或者在高压系统中，人体同时分别靠近两相导体而发生电弧放电，则电流将从一相导体通过导体流入另一相导体，这种触电称为两相触电。显然发生两相触电的后果更严重，因为这时作用于人体的电压是线电压。在电动汽车中的动力高压电主要是直流高压电，若人体直接接触或靠近高压电的正、负极的任何一极即会造成触电。

② 跨步电压触电。当电气设备或线路发生接地故障时，接地电流通过接地体将向大地四周流散，这时在地面上形成分布电位，要20m以外，大地的电位才等于零。人假如在接地点周围20m以内行走，其两脚之间就有电位差，这就是跨步电压。图1-6中由跨步电压引起的人体触电，称为跨步电压触电。人行走在流散区内，由图1-6的曲线及UW1、UW2可见，电压UW由跨步所产生。在UW的作用下，人体电流从人体的一只脚，流过人体电阻，再流经另一只脚。当电气装置绝缘损坏时，在流散区内跨步的条件下，人体所承受的电压UW为跨步电压。一般人的步距约为0.8m，因此跨步电压UW以地面上0.8m水平距离间的电位差来计算。当人越靠近接地极，UW越大；反之，人越远离接地极，则跨步电压越小。当人在流散区以外时，不再呈现跨步电压。

跨步电压的大小取决于人体离接地点的距离和人体两脚之间的距离。离接地点越近，跨步电压的数值就越大。高压设备发生接地时，室内不得接近故障点4m以内，室外不得接近故障点8m以内。进入上述范围内的人员必须穿绝缘靴，接触设备的外壳和构架时应戴绝缘手套。雷雨天气，需要巡视室外高压设备时，应穿绝缘靴，并不得靠近避雷器和避雷针。这些都是为了防止跨步电压触电。在使用快速充电桩时需注意跨步电压触电。

③ 接触电压触电。电气设备的金属外壳本不应带电，但由于设备使用时间过长，内部绝缘老化，造成击穿；或由于安装不良，造成设备的带电部分碰壳；或其他原因使电气设备的金属外壳带电时，人若碰到带电外壳，就要触电。这种触电称为接触电压触电。

电动汽车维修作业中，常见的触电形式有以下几种。

① 触碰到了带电导体。这种触电往往是由于用电人员缺乏用电知识或在工作中不注意，不按有关规章和电动汽车的断电维修要求工作，直接触碰到了裸露在外面的导电体，这种触电是最危险的。

② 由于某些原因，电气设备绝缘受到了破坏，而没有及时发现或疏忽大意，触碰了漏电的设备。

③ 由于外力的破坏等原因，如雷击等，使送电的导线断落，导线周围有大量的扩散电流向大地流入，将出现高电压，人行走时跨入了有危险电压范围，造成跨步电压触电。

④ 高压送电线路处于金属壳体环境中，由于摩擦或因与其他带电导线靠近绝缘度降低等原因，受到感应，在金属壳体上带了静电，工作时不注意或未采取相应措施，维修作业时触碰到带有静电的导线而触电。

（2）维修作业时的电击预防技术　电动汽车维修作业时最常见的电击预防技术分为绝缘、屏护、间距和防护用具四种类型。

① 绝缘。就是使用不导电的物质将带电体隔离或包裹起来，以对触电起保护作用的一种安全措施。陶瓷、玻璃、云母、橡胶、木材、胶木、塑料、布、纸和矿物油等都是常用的绝缘材料。应当注意很多绝缘材料受潮后或在强电场作用下会遭到破坏，丧失绝缘性能。

绝缘材料包括气体绝缘材料、液体绝缘材料和固体绝缘材料。绝缘材料的绝缘性能是以绝缘电阻、泄漏电流、击穿强度和介质损耗等指标来衡量并通过绝缘试验来判定的。绝缘电阻是最基本的绝缘性能指标，绝缘电阻值是直流电压与流经绝缘体表面泄漏电流之比，绝缘电阻越大，绝缘性能越好。不同的电气设备和线路对绝缘电阻有不同的要求，一般来说，高压的比低压的要求高。

当绝缘材料所能承受的电压超过某一数值时，在强电场的作用下，会在某些部位发生放电，使其绝缘性能遭到破坏，这种放电现象称为电击穿。当固体绝缘击穿后一般不能恢复绝缘性能，气体绝缘在击穿电压消失后，绝缘性能还能恢复，液体绝缘击穿一般是沿电极间气泡、固体杂质等连成的“小桥”击穿。液体绝缘多次击穿可能导致液体失去绝缘性能。

② 屏护。是指采用遮拦、护罩、护盖箱闸等把带电体同外界隔绝开来。电气开关的可动部分一般不能使用绝缘而需要屏护。高压设备无论是否有绝缘，均应采取屏护。电动汽车中的高压互锁信号线路就属于屏护的一种形式。

③ 间距。是保证安全的必要距离。间距除了可防止触电或过分接近带电位外，还能起到防止火灾、防止混线、方便操作的作用。间距包括电气间隙（空间距离）、爬电距离（沿面距离）和绝缘穿透距离。电动汽车动力源部分多使用的是高压电器，对最小爬电距离的要求和两导电部件间的电压有关，和绝缘材料的耐泄痕指数有关，和电器所处环境的污染等级有关。对最小爬电距离进行限制，是为了防止在两导电体之间，通过绝缘材料表面可能出现的污染物出现爬电现象。所要安装的带电两导体之间的最短绝缘距离要大于允许的最小爬电距离。

④ 防护用具。包括绝缘手套、绝缘靴、绝缘服、护目镜和绝缘工具。绝缘工具选用要根据操作的高压范围确定，在电动汽车高压系统维修时应视情况选用高压防护用具。

（3）触电事故急救　在进行维修操作时如果遭受了电击，要及时对受伤人员进行救助。在援救电气事故中受伤人员时，应谨记自身的安全是第一位的！绝对不要去触碰仍然与电压有接触的人员！如果可能，马上将电气系统断电（关闭点火开关或马上拔出维修开关），用不导电的物体（木板、扫帚等）把事故受害者或者导电体与电压分离。触电者脱离危险后若呼吸正常，使其保持侧卧状态，紧急呼叫120送医；若触电受伤人员停止呼吸和心跳，应立即按压心肺复苏进行就地抢救，不可轻易放弃。

1.5.2　电动汽车的高压安全防护

在电动汽车上使用的是高压电，为了保证驾乘人员和维修、保养人员的安全，必须进行必要的电气防护。防护措施主要有高压正极和负极使用各自独立的高压线缆；高压系统带有等电位线，用于引开接触电压，插头和连接均有接触防护；在动力电池控制器上有可控的高压正极触点和高压负极触点；在动力电池上安装有维修开关，在拔下维修开关后高压系统断电；采用隔离绝缘式高低压直流转换器；在高压元器件内采用互锁安全线，在识别出碰撞故障时，动力电池上的高压触点立即断开；在高压元器件上使用绝缘监控。

（1）电动汽车高压电气网络系统防护　对于电动汽车的高压部分采用双线制结构，其结构就决定了从动力电池（供电元件）到驱动电机（用电元件）的电能传输路径，对于这种网络系统称为IT网络系统，如图1-7所示。在电动汽车高压系统使用IT网络，高压电与壳体绝缘有单独的回路，所以不会有高压电流通过车身，保障了驾乘人员的安全，另外即使高压系统电源正极到壳体出现故障，IT网络系统也不会断电。IT系统正、负极均出现连接故障，如图1-8所示。第一个故障在车上出现时，系统仍能工作，但会出现报警信息；当第二个故障出现时，动力电池管理系统（BMS）会将高压系统断电，同时系统内会短路，维修开关熔丝爆开，切断高压回路，组合仪表上有报警信息，车辆的高压系统无法工作，车辆也就无法启动运行。

（2）高压线缆防护　电动汽车上的高压线缆一般都用橙色，高压正极和高压负极均有各自独立的导线与高压部件连接，车身不用作搭铁。电动汽车上的高压线缆俗称高压线，如图1-9所示。高压线缆有单芯高压线缆和双芯高压线缆之分。

（3）插头和插座的接触防护　电动汽车高压线缆的插头和插座都具有特殊的结构形式，进行高压电气防护。电动汽车的高压线缆插头结构如图1-10所示。

（4）维修开关　在电动汽车上都安装有维修开关，其作用一是车辆维修作业时拉开此插头，高压触点监控电路断开使高压系统自动关闭切换到无电压状态；二是维修作业拉开此插头并固定住，以防止非人为作业需要而接通。宝马i3电动汽车高压维修开关如图1-11所示，位于车辆正前方左侧冷却液补液罐旁边。

（5）高压互锁　在电动汽车上高压互锁安全回路是个环形线路，通过低压电网来监控高压电网。不可在未断开维修开关的情况下拔下高压电插头，如果安全回路断线，会导致高压系统立即切断，以形成防触电保护。北汽电动汽车某车型高压互锁回路示意图如图1-12所示。

（6）直流转换器（DC）的安全防护　高低压直流转换器（DC）内的高压部分和低压部分是隔离分开的，DC的低压输出负极仍采用与车身搭铁的方式，这样使其他低压用电设备的12V供电网络系统与传统燃油汽车一样，如图1-13所示。

（7）电容器放电防护　在电机控制器或其他功率电子装置内安装有电容器。通过电容器放电可以消除功率电子装置内的电容器上的残余电压。由整车管理系统来进行主动放电，在每次切断高压系统或发生中断控制线时，都会发生这种使电容主动放电现象。在拆卸高压部件之前把残余电压卸掉称为被动放电。为了能可靠地把残余电压清除掉，在拔下维修开关之前，需等待一段时间（一般为10min），然后才可以对高压部件进行拆卸检修工作。