电动车高压系统的组成及电气连接关系

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为了更好的转入高压线束系统的设计，本文将按高压系统的学习逻辑层级不断深入，从高压系统的组成，高压系统的电气连接关系，高压线束的划分及设计考虑，高压系统原理图，这几个方面逐步深入，知识点汇总以便对电动车高压系统有个总体上的认识。

1 高压系统的组成

在电动汽车上，整车带有高压电的零部件有动力电池，驱动电机，高压配电箱（PDU），电动压缩机，DC/DC，OBC，PTC，高压线束等，这些部件组成了整车的高压系统，其中动力电池，驱动电机，高压控制系统为纯电动汽车上的三大核心部件。

1.1 电池包与动力电池管理系统BMS

与传统的燃油车不同，新能源电动车的整车动力来源是动力电池，而不是发动机。因为纯电动汽车直接使用电能，不同于传统燃油车将燃料燃烧后产生的排放物排进大气，所以为了减少环境污染，新能源汽车的发展是国家积极扶持的。

动力电池的电压一般为100~400V的高压，其输出电流能够达到300A。动力电池的容量的大小直接影响到整车的续航里程，同时也直接影响到充电时间与充电效率。目前锂离子动力电池是主流，受目前技术的影响，当前绝大部的汽车均采用锂离子动力电池。

图1 特斯拉电池包

1.2  驱动电机与电机控制器MCU

电机控制器MCU将高压直流电转为交流电，并与整车上其他模块进行信号交互，实现对驱动电机的有效控制。

驱动电机将电能转化为机械能，驱动汽车行驶。与传统燃油车的发动机将燃料燃烧的化学能转为机械能不同，其工作效率更高，能达到85%以上，故相比传统汽车，其能量利用率更高，能够减少资源的浪费。

1.3 高压配电盒（PDU）

高压配电盒是整车高压电的一个电源分配的装置，类似于低压电路系统中的电器保险盒。高压保险盒PDU（Power Distribution Unit）是由很多高压继电器，高压保险丝组成，它内部还有相关的芯片，以便同相关模块实现信号通信，确保整车高压用电安全。

图2 某品牌的高压配电盒

1.4 车载充电器OBC

OBC（On Board Charge）是一个将交流电转为直流电的装置。因为电池包是一个高压直流电源，当使用交流电进行充电的时候，交流电不能直接被电池包进行电量储存，因此需要OBC装置，将高压交流电转为高压直流电，从而给动力电池进行充电。

1.5 DC/DC

在新能源汽车上，DC/DC是一个将高压直流电转为低压直流电的装置。新能源汽车上没有发动机，整车用电的来源也不再是发电机和蓄电池，而是动力电池和蓄电池。由于整车用电器的额定电压是低压，因此需要DC/DC装置来将高压直流电转为低压直流电，这样才能够保持整车用电平衡。

图3 某品牌的DC/DC装置

1.6 OBC与DC/DC二合一控制器

受整车布置的影响，现在很多车将OBC和DC/DC两个部件合为一个部件，这个部件通常称为二合一控制器，它的作用实际上就是OBC与DC/DC两个部件的功能的组合。

1.7 电动压缩机

传统车的压缩机是通过压缩机电磁离合器的吸合，促使发动机带动压缩机运转。电动车没有发动机，它的压缩机是通过高压电源直接驱动的。为了与传统车的压缩机区别，这里将电动车上的空调压缩机称为电动压缩机。

1.8 PTC加热器

传统车上空调暖风系统的热源是引入发动机冷却后的冷却液的热量，这个在新能源车上是不存在的，因此需要专门的制热装置，这个装置被称为空调PTC。PTC（Positive Temperature Coefficient）的作用就是制热。当低温的时候，电池包需要一定的热量才能正常工作，这时候需要电池包PTC给电池包进行预热。

1.9 高压线束

高压线束将高压系统上各个部件相连，作为高压电源传输的媒介。区别于低压线束系统，这些线束均带有高压电，对整车的高压系统的稳定允许影响很大。高压线束设计的安全性是我们主要考虑的。

2 高压系统的电气连接关系

我们已经了解了电动汽车高压系统的组成部件，也对系统中各个零部件及其功能有个大概的印象。现在先给出一个简单的逻辑示意图，帮助大家回忆一下，并借助图示进行理解。

1 高压系统部件连接逻辑图解

2.1 图解说明

建议先自己看一下，想想他们之间的逻辑连接关系，再看接下来的具体介绍。

3 高压线束系统设计考虑因素

高压线束的作用是连接各个高压电器件，起到传递高压电源的作用。从上图我们可以很清晰到看到高压系统当中各个部件的连接关系。所有的每个部件之间的带箭头线都是高压线。高压线束主要有快充高压线，慢充高压线，电池包到PDU的高压线，PDU到MCU的高压线等。受整车布置的影响，这几段高压线束是我们重点关注的，其他的高压线有时候是零部件自带过来的

设计主要考虑因素：

1.高电压

电池包的电压为100~400V的高电压，这对高压线束的绝缘提出更好的要求，必须做好良好的绝缘，《GB T 18384.3-2015 电动汽车 安全要求 第3部分：人员触电防护》规定在最大工作电压下，直流电路绝缘电阻应 大于100Ω/V，交流电路应大于500Ω/V。

经过这些年的发展，目前高压线束的技术也比较成熟，但是绝缘电阻这个应该是我们设计关注的点。

2.大电流

在高压系统中，高压电流瞬间能够打到几百安培，这对高压线束的载流能力要求更高。进行高压线束设计的时候，要充分考虑。

3.防护等级

因为水和灰尘的侵蚀容易造成线束的绝缘性能下降，造成高压击穿、漏电等安全隐患，高压线束进行布置的时候要特别注意，避免布置在有积水的地方，若布置在地板下面，应该增加相应的遮挡物。但是即使这样，高压线束的设计防护等级应该最高，满足国标IP67标准要求。

4.抗电磁干扰

高压系统的电磁环境更加恶劣，电动汽车上，反复变化的电器负荷与系统中大量采用的变频技术，造成线束电压、电流和频率的剧烈波动，产生较大的电磁干扰，与此同时，高压线束自身也会对对周边的电气电子设备造成影响，所以线束需要对电磁干扰进行屏蔽，以满足电磁兼容性的要求。

5.成本

高压线束相比普通的低压线束成本高昂，因此线束设计中，应尽量避免线束的过设计。

4 高压系统原理图

为了更好的理解整个高压系统的工作模式，研究高压系统的电能分配，经过很长一段时间的学习整理，终于绘制出了高压系统的电源分配逻辑示意图，主要研究高压电的电量分配。如下：

为了更好的理解，先自行在脑袋中思考下维修开关、主正继电器、主负继电器、保险丝的作用。，然后在继续阅读。