1.5　電動(dòng)汽車高壓電系統(tǒng)安全常識

1.5.1　高壓電的危害

高壓電可對人體構(gòu)成多種傷害，主要有電流通過人體的觸電傷害、電擊傷害和人在電磁場環(huán)境下的輻射傷害等。人碰到帶電的導(dǎo)線，電流通過人體稱為觸電。觸電后，電流會對人體及人體內(nèi)部組織造成不同程度的損傷。電擊是指電流通過人體，破壞人體心臟、肺及神經(jīng)系統(tǒng)的正常功能。電傷是指電流的熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)對人體的傷害，主要是指電弧燒傷、熔化金屬濺出燙傷等。人體直接接受電流能量會遭到電擊，電能轉(zhuǎn)換為熱能作用于人體，致使人體受到燒傷或灼傷。與其他一些傷害不同，電流對人體的傷害事先沒有任何預(yù)兆。傷害往往發(fā)生在瞬間，而且人體一旦遭受電擊后防衛(wèi)能力迅速降低。人在電磁場的照射下吸收電磁場的能量也會受到傷害。電磁場生理傷害指在高頻磁場的作用下，人會出現(xiàn)頭暈、乏力、記憶力減退、失眠和多夢等神經(jīng)系統(tǒng)的癥狀。

（1）人體的觸電方式　人體的觸電一般有直接觸電、跨步電壓觸電、接觸電壓觸電等幾種類型。

① 直接觸電。人體直接接觸帶電導(dǎo)體造成的觸電，或人體某部分與高壓電的距離太近，造成高壓電對人體放電引起的觸電稱為直接觸電。如果人體直接接觸到電氣設(shè)備和線路中一相帶電導(dǎo)體，或者與高壓系統(tǒng)中一相帶電導(dǎo)體的距離小于該電壓的放電距離，造成其對人體放電，這時(shí)電流將通過人體流入大地，這種觸電稱為單相觸電。如果人體同時(shí)接觸電氣設(shè)備或線路中兩相帶電導(dǎo)體，或者在高壓系統(tǒng)中，人體同時(shí)分別靠近兩相導(dǎo)體而發(fā)生電弧放電，則電流將從一相導(dǎo)體通過導(dǎo)體流入另一相導(dǎo)體，這種觸電稱為兩相觸電。顯然發(fā)生兩相觸電的后果更嚴(yán)重，因?yàn)檫@時(shí)作用于人體的電壓是線電壓。在電動(dòng)汽車中的動(dòng)力高壓電主要是直流高壓電，若人體直接接觸或靠近高壓電的正、負(fù)極的任何一極即會造成觸電。

② 跨步電壓觸電。當(dāng)電氣設(shè)備或線路發(fā)生接地故障時(shí)，接地電流通過接地體將向大地四周流散，這時(shí)在地面上形成分布電位，要20m以外，大地的電位才等于零。人假如在接地點(diǎn)周圍20m以內(nèi)行走，其兩腳之間就有電位差，這就是跨步電壓。圖1-6中由跨步電壓引起的人體觸電，稱為跨步電壓觸電。人行走在流散區(qū)內(nèi)，由圖1-6的曲線及UW1、UW2可見，電壓UW由跨步所產(chǎn)生。在UW的作用下，人體電流從人體的一只腳，流過人體電阻，再流經(jīng)另一只腳。當(dāng)電氣裝置絕緣損壞時(shí)，在流散區(qū)內(nèi)跨步的條件下，人體所承受的電壓UW為跨步電壓。一般人的步距約為0.8m，因此跨步電壓UW以地面上0.8m水平距離間的電位差來計(jì)算。當(dāng)人越靠近接地極，UW越大；反之，人越遠(yuǎn)離接地極，則跨步電壓越小。當(dāng)人在流散區(qū)以外時(shí)，不再呈現(xiàn)跨步電壓。

跨步電壓的大小取決于人體離接地點(diǎn)的距離和人體兩腳之間的距離。離接地點(diǎn)越近，跨步電壓的數(shù)值就越大。高壓設(shè)備發(fā)生接地時(shí)，室內(nèi)不得接近故障點(diǎn)4m以內(nèi)，室外不得接近故障點(diǎn)8m以內(nèi)。進(jìn)入上述范圍內(nèi)的人員必須穿絕緣靴，接觸設(shè)備的外殼和構(gòu)架時(shí)應(yīng)戴絕緣手套。雷雨天氣，需要巡視室外高壓設(shè)備時(shí)，應(yīng)穿絕緣靴，并不得靠近避雷器和避雷針。這些都是為了防止跨步電壓觸電。在使用快速充電樁時(shí)需注意跨步電壓觸電。

③ 接觸電壓觸電。電氣設(shè)備的金屬外殼本不應(yīng)帶電，但由于設(shè)備使用時(shí)間過長，內(nèi)部絕緣老化，造成擊穿；或由于安裝不良，造成設(shè)備的帶電部分碰殼；或其他原因使電氣設(shè)備的金屬外殼帶電時(shí)，人若碰到帶電外殼，就要觸電。這種觸電稱為接觸電壓觸電。

電動(dòng)汽車維修作業(yè)中，常見的觸電形式有以下幾種。

① 觸碰到了帶電導(dǎo)體。這種觸電往往是由于用電人員缺乏用電知識或在工作中不注意，不按有關(guān)規(guī)章和電動(dòng)汽車的斷電維修要求工作，直接觸碰到了裸露在外面的導(dǎo)電體，這種觸電是最危險(xiǎn)的。

② 由于某些原因，電氣設(shè)備絕緣受到了破壞，而沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)或疏忽大意，觸碰了漏電的設(shè)備。

③ 由于外力的破壞等原因，如雷擊等，使送電的導(dǎo)線斷落，導(dǎo)線周圍有大量的擴(kuò)散電流向大地流入，將出現(xiàn)高電壓，人行走時(shí)跨入了有危險(xiǎn)電壓范圍，造成跨步電壓觸電。

④ 高壓送電線路處于金屬殼體環(huán)境中，由于摩擦或因與其他帶電導(dǎo)線靠近絕緣度降低等原因，受到感應(yīng)，在金屬殼體上帶了靜電，工作時(shí)不注意或未采取相應(yīng)措施，維修作業(yè)時(shí)觸碰到帶有靜電的導(dǎo)線而觸電。

（2）維修作業(yè)時(shí)的電擊預(yù)防技術(shù)　電動(dòng)汽車維修作業(yè)時(shí)最常見的電擊預(yù)防技術(shù)分為絕緣、屏護(hù)、間距和防護(hù)用具四種類型。

① 絕緣。就是使用不導(dǎo)電的物質(zhì)將帶電體隔離或包裹起來，以對觸電起保護(hù)作用的一種安全措施。陶瓷、玻璃、云母、橡膠、木材、膠木、塑料、布、紙和礦物油等都是常用的絕緣材料。應(yīng)當(dāng)注意很多絕緣材料受潮后或在強(qiáng)電場作用下會遭到破壞，喪失絕緣性能。

絕緣材料包括氣體絕緣材料、液體絕緣材料和固體絕緣材料。絕緣材料的絕緣性能是以絕緣電阻、泄漏電流、擊穿強(qiáng)度和介質(zhì)損耗等指標(biāo)來衡量并通過絕緣試驗(yàn)來判定的。絕緣電阻是最基本的絕緣性能指標(biāo)，絕緣電阻值是直流電壓與流經(jīng)絕緣體表面泄漏電流之比，絕緣電阻越大，絕緣性能越好。不同的電氣設(shè)備和線路對絕緣電阻有不同的要求，一般來說，高壓的比低壓的要求高。

當(dāng)絕緣材料所能承受的電壓超過某一數(shù)值時(shí)，在強(qiáng)電場的作用下，會在某些部位發(fā)生放電，使其絕緣性能遭到破壞，這種放電現(xiàn)象稱為電擊穿。當(dāng)固體絕緣擊穿后一般不能恢復(fù)絕緣性能，氣體絕緣在擊穿電壓消失后，絕緣性能還能恢復(fù)，液體絕緣擊穿一般是沿電極間氣泡、固體雜質(zhì)等連成的“小橋”擊穿。液體絕緣多次擊穿可能導(dǎo)致液體失去絕緣性能。

② 屏護(hù)。是指采用遮攔、護(hù)罩、護(hù)蓋箱閘等把帶電體同外界隔絕開來。電氣開關(guān)的可動(dòng)部分一般不能使用絕緣而需要屏護(hù)。高壓設(shè)備無論是否有絕緣，均應(yīng)采取屏護(hù)。電動(dòng)汽車中的高壓互鎖信號線路就屬于屏護(hù)的一種形式。

③ 間距。是保證安全的必要距離。間距除了可防止觸電或過分接近帶電位外，還能起到防止火災(zāi)、防止混線、方便操作的作用。間距包括電氣間隙（空間距離）、爬電距離（沿面距離）和絕緣穿透距離。電動(dòng)汽車動(dòng)力源部分多使用的是高壓電器，對最小爬電距離的要求和兩導(dǎo)電部件間的電壓有關(guān)，和絕緣材料的耐泄痕指數(shù)有關(guān)，和電器所處環(huán)境的污染等級有關(guān)。對最小爬電距離進(jìn)行限制，是為了防止在兩導(dǎo)電體之間，通過絕緣材料表面可能出現(xiàn)的污染物出現(xiàn)爬電現(xiàn)象。所要安裝的帶電兩導(dǎo)體之間的最短絕緣距離要大于允許的最小爬電距離。

④ 防護(hù)用具。包括絕緣手套、絕緣靴、絕緣服、護(hù)目鏡和絕緣工具。絕緣工具選用要根據(jù)操作的高壓范圍確定，在電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)維修時(shí)應(yīng)視情況選用高壓防護(hù)用具。

（3）觸電事故急救　在進(jìn)行維修操作時(shí)如果遭受了電擊，要及時(shí)對受傷人員進(jìn)行救助。在援救電氣事故中受傷人員時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)記自身的安全是第一位的！絕對不要去觸碰仍然與電壓有接觸的人員！如果可能，馬上將電氣系統(tǒng)斷電（關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)或馬上拔出維修開關(guān)），用不導(dǎo)電的物體（木板、掃帚等）把事故受害者或者導(dǎo)電體與電壓分離。觸電者脫離危險(xiǎn)后若呼吸正常，使其保持側(cè)臥狀態(tài)，緊急呼叫120送醫(yī)；若觸電受傷人員停止呼吸和心跳，應(yīng)立即按壓心肺復(fù)蘇進(jìn)行就地?fù)尵龋豢奢p易放棄。

1.5.2　電動(dòng)汽車的高壓安全防護(hù)

在電動(dòng)汽車上使用的是高壓電，為了保證駕乘人員和維修、保養(yǎng)人員的安全，必須進(jìn)行必要的電氣防護(hù)。防護(hù)措施主要有高壓正極和負(fù)極使用各自獨(dú)立的高壓線纜；高壓系統(tǒng)帶有等電位線，用于引開接觸電壓，插頭和連接均有接觸防護(hù)；在動(dòng)力電池控制器上有可控的高壓正極觸點(diǎn)和高壓負(fù)極觸點(diǎn)；在動(dòng)力電池上安裝有維修開關(guān)，在拔下維修開關(guān)后高壓系統(tǒng)斷電；采用隔離絕緣式高低壓直流轉(zhuǎn)換器；在高壓元器件內(nèi)采用互鎖安全線，在識別出碰撞故障時(shí)，動(dòng)力電池上的高壓觸點(diǎn)立即斷開；在高壓元器件上使用絕緣監(jiān)控。

（1）電動(dòng)汽車高壓電氣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)防護(hù)　對于電動(dòng)汽車的高壓部分采用雙線制結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)就決定了從動(dòng)力電池（供電元件）到驅(qū)動(dòng)電機(jī)（用電元件）的電能傳輸路徑，對于這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)稱為IT網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如圖1-7所示。在電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)使用IT網(wǎng)絡(luò)，高壓電與殼體絕緣有單獨(dú)的回路，所以不會有高壓電流通過車身，保障了駕乘人員的安全，另外即使高壓系統(tǒng)電源正極到殼體出現(xiàn)故障，IT網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也不會斷電。IT系統(tǒng)正、負(fù)極均出現(xiàn)連接故障，如圖1-8所示。第一個(gè)故障在車上出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)仍能工作，但會出現(xiàn)報(bào)警信息；當(dāng)?shù)诙€(gè)故障出現(xiàn)時(shí)，動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BMS）會將高壓系統(tǒng)斷電，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)會短路，維修開關(guān)熔絲爆開，切斷高壓回路，組合儀表上有報(bào)警信息，車輛的高壓系統(tǒng)無法工作，車輛也就無法啟動(dòng)運(yùn)行。

（2）高壓線纜防護(hù)　電動(dòng)汽車上的高壓線纜一般都用橙色，高壓正極和高壓負(fù)極均有各自獨(dú)立的導(dǎo)線與高壓部件連接，車身不用作搭鐵。電動(dòng)汽車上的高壓線纜俗稱高壓線，如圖1-9所示。高壓線纜有單芯高壓線纜和雙芯高壓線纜之分。

（3）插頭和插座的接觸防護(hù)　電動(dòng)汽車高壓線纜的插頭和插座都具有特殊的結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行高壓電氣防護(hù)。電動(dòng)汽車的高壓線纜插頭結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。

（4）維修開關(guān)　在電動(dòng)汽車上都安裝有維修開關(guān)，其作用一是車輛維修作業(yè)時(shí)拉開此插頭，高壓觸點(diǎn)監(jiān)控電路斷開使高壓系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉切換到無電壓狀態(tài)；二是維修作業(yè)拉開此插頭并固定住，以防止非人為作業(yè)需要而接通。寶馬i3電動(dòng)汽車高壓維修開關(guān)如圖1-11所示，位于車輛正前方左側(cè)冷卻液補(bǔ)液罐旁邊。

（5）高壓互鎖　在電動(dòng)汽車上高壓互鎖安全回路是個(gè)環(huán)形線路，通過低壓電網(wǎng)來監(jiān)控高壓電網(wǎng)。不可在未斷開維修開關(guān)的情況下拔下高壓電插頭，如果安全回路斷線，會導(dǎo)致高壓系統(tǒng)立即切斷，以形成防觸電保護(hù)。北汽電動(dòng)汽車某車型高壓互鎖回路示意圖如圖1-12所示。

（6）直流轉(zhuǎn)換器（DC）的安全防護(hù)　高低壓直流轉(zhuǎn)換器（DC）內(nèi)的高壓部分和低壓部分是隔離分開的，DC的低壓輸出負(fù)極仍采用與車身搭鐵的方式，這樣使其他低壓用電設(shè)備的12V供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油汽車一樣，如圖1-13所示。

（7）電容器放電防護(hù)　在電機(jī)控制器或其他功率電子裝置內(nèi)安裝有電容器。通過電容器放電可以消除功率電子裝置內(nèi)的電容器上的殘余電壓。由整車管理系統(tǒng)來進(jìn)行主動(dòng)放電，在每次切斷高壓系統(tǒng)或發(fā)生中斷控制線時(shí)，都會發(fā)生這種使電容主動(dòng)放電現(xiàn)象。在拆卸高壓部件之前把殘余電壓卸掉稱為被動(dòng)放電。為了能可靠地把殘余電壓清除掉，在拔下維修開關(guān)之前，需等待一段時(shí)間（一般為10min），然后才可以對高壓部件進(jìn)行拆卸檢修工作。