宋芳 張宇鵬 梁士福 李想

（1.中國第一汽車股份有限公司新能源開發(fā)院，長春 130013；2.汽車振動噪聲與安全控制綜合技術(shù)國家重點實驗室，長春 130013）

主題詞：電動汽車 高壓安全 觸電

1 引言

電動汽車的高壓安全是車輛開發(fā)過程中需關(guān)注的關(guān)鍵問題之一。近年來，隨著政府相關(guān)政策的扶持和推動，電動汽車逐漸普及，國內(nèi)主機廠對電動汽車安全相關(guān)技術(shù)的研究也愈加廣泛和深入[1]。自GB/T 18384.3—2015《電動汽車 安全要求 第3部分人員觸電防護》發(fā)布以后，高壓安全作為一項重要的考核內(nèi)容成為各主機廠重視的一個技術(shù)領(lǐng)域，在行業(yè)上也逐漸形成了一套相對通用的符合標準要求的基本技術(shù)方案。2020年，該標準已轉(zhuǎn)化為GB 18384—2020《電動汽車安全要求》，行業(yè)技術(shù)也在不斷發(fā)展，各車企在滿足國標基本要求之上依據(jù)自身對成本、產(chǎn)品定位等不同方面的考量，在行業(yè)通用技術(shù)方案基礎(chǔ)上進行調(diào)整與創(chuàng)新，實現(xiàn)高壓安全的綜合設(shè)計。

2高壓安全技術(shù)概述

電動汽車高壓安全設(shè)計的目的是保障駕乘人員在使用電動汽車的過程中不發(fā)生觸電事故，其所有技術(shù)措施都是為了降低人員的觸電風(fēng)險。電動車上觸電事故的發(fā)生有2個必要條件：（1）形成觸電回路；（2）回路正負極之間具備B級電壓范圍內(nèi)的電壓差或者具有大于0.2 J的電能。高壓安全的各項技術(shù)措施正是從規(guī)避這2個條件的維度展開設(shè)計的，如圖1所示。因此，高壓安全的整體思路是首先保證人員無法直接或者間接接觸到高壓帶電部件，其次是盡量保證在車輛非使用狀態(tài)下不帶有高壓電壓或電能。

圖1 高壓安全各項技術(shù)概覽

首先，為了降低形成觸電回路的可能性，提高電動汽車的整體使用安全，高壓安全中引入了絕緣電阻設(shè)計，即電動汽車的高壓系統(tǒng)采用了與低壓系統(tǒng)所不同的浮地設(shè)計。通過正負極均與電平臺相隔離的設(shè)計方式（圖2），保障了電動汽車在出現(xiàn)一個故障的情況下沒有觸電風(fēng)險，從整體上大幅度降低了觸電的風(fēng)險[2-3]。

圖2 高壓系統(tǒng)與電平臺的絕緣隔離示意

其次，高壓安全識別出形成觸電回路的2種原因，分別是高壓系統(tǒng)中存在帶電部分裸露和絕緣電阻失效的情況。針對高壓系統(tǒng)中存在帶電部分裸露的問題，對整車所有高壓總成提出了裝配后IPXXB/IPXXD的接觸防護要求，并具有高壓標記用于警示高壓危險。同時，為了防止沒有裝配好或者電氣連接脫落的情況，設(shè)計高壓互鎖功能，可實時監(jiān)測并進行故障報警。針對高壓系統(tǒng)的絕緣失效問題，高壓安全從多個維度去降低并監(jiān)測故障。首先，對系統(tǒng)絕緣電阻的大小進行了合理的要求，并設(shè)計有絕緣監(jiān)測功能，可以實時監(jiān)測高壓系統(tǒng)的絕緣情況并在故障時予以報警；其次，通過耐電壓性的設(shè)計來保證高壓系統(tǒng)在長期運行狀態(tài)下的絕緣電阻穩(wěn)定性；再次，通過防水試驗來考核絕緣電阻在整車遇水后的穩(wěn)定性；最后，通過電位均衡技術(shù)，在車輛發(fā)生雙點且非同極的絕緣失效情況下將故障電流更多地引入電位均衡裝置所在回路，從而保護了人體。

再次，高壓安全為了盡量消除“電壓差”的必要條件，考慮了車輛在正常下電或故障下電后高壓系統(tǒng)內(nèi)電容殘存的能量問題。X電容在下電或碰撞后攜帶的能量由下電或碰撞后的主動放電及被動放電2項技術(shù)措施釋放至60 V或者0.2 J安全電能以下，提高了車輛在下電后或碰撞后的安全性。對于Y電容過大可能造成的單點失效觸電問題，對單極Y電容的能量進行了約束，要求其能量不大于0.2 J。目前也有一些專利針對Y電容超過0.2 J的情況進行下電及碰撞后的Y電容的放電流程。

最后，高壓安全也考慮了碰撞的特殊工況，提出碰撞后如果不能滿足消除高電壓、高電能的觸電必要條件，則需要保證碰撞后高壓部件IPXXB不失效，且電位均衡不失效，或者IPXXB失效不超過1個，且絕緣電阻不失效。

3 高壓安全技術(shù)措施詳述

分別對概述中提及的高壓安全各項技術(shù)的要求和通用技術(shù)方案進行具體闡述。其中，電動汽車的碰撞安全作為一項綜合性較強的技術(shù)同時涉及避免觸電回路和避免高壓電壓/電能的2個方面，在本章節(jié)最后單獨作為一項技術(shù)進行說明。

3.1 高壓標記

高壓標記用于向電動汽車的使用者和維修人員提示高壓危險。高壓標記有2種要求，一種是針對非線束類的高壓部件，要求其可見位置應(yīng)具有高壓警告標識，另一種是針對高壓線束，要求其顏色應(yīng)為橙色，表示高電壓危險的含義。高壓警告標識的樣式至少要包含GB 18384—2020中所要求的三角形外框內(nèi)部為閃電形狀的標識，其顏色色號和尺寸在該標準中無明確要求，可參考該標準宣貫材料中的建議色號和尺寸來進行設(shè)計。此外，高壓警告標識在設(shè)計時，應(yīng)考慮剝離強度、耐熱性、耐寒性、耐化學(xué)藥品性、耐磨損性這些方面，以保證高壓警告標識可以在車輛生命周期內(nèi)不發(fā)生損壞。

3.2 接觸防護

接觸防護用于防止高壓部件的內(nèi)部帶電部分被人員直接接觸到，防護等級一般設(shè)計為IPXXB或者IPXXD。在GB 18384—2020中，要求布置于前機艙和底盤上的高壓部件滿足IPXXB要求，駕駛艙和后備廂的高壓部件滿足IPXXD要求[4]。目前行業(yè)通用的設(shè)計方案高于GB 18384—2020的要求，全車的高壓部件均按IPXXD進行設(shè)計。

在車輛不發(fā)生故障的情況下，IPXXB/IPXXD的接觸防護要求是非常容易實現(xiàn)的，只要通過外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)部件的密封性就可以滿足要求。但在碰撞這種特殊故障情況下，高壓系統(tǒng)IPXXB/IPXXD防護等級的不失效需要更多的設(shè)計措施去保證，比如通過加強外殼的設(shè)計強度或者通過整車布置保障高壓部件在車輛碰撞后的防護等級不會失效。

3.3 絕緣電阻

電動汽車的絕緣電阻是電動汽車高壓安全性能的一個重要指標，在國標GB 18384—2020中有明確的要求：在最大工作電壓下，直流電路絕緣電阻應(yīng)不小于100Ω/V，交流電路應(yīng)不小于500Ω/V。如果直流和交流的B級電壓電路可導(dǎo)電地連接在一起，則應(yīng)滿足絕緣電阻不小于500Ω/V的要求[4]。此處需要注意的是，如果對一款車型進行整車級別的絕緣電阻計算和測試，需要將整車每個互相隔離的子系統(tǒng)進行計算或測試，取其最小值最為整車的絕緣電阻[2]。如圖3所示，電機及逆變器交流部分為某高壓系統(tǒng)中的交流回路子系統(tǒng)，而刨除交流回路子系統(tǒng)的部分為直流回路子系統(tǒng)。在計算或測試該車型的整車絕緣電阻時，需要對這2個子系統(tǒng)的絕緣電阻分別進行計算或測試，最后通過取最小值得到整個高壓系統(tǒng)的絕緣電阻。

圖3 子系統(tǒng)的絕緣電阻示意

因為子系統(tǒng)內(nèi)的高壓部件彼此是并聯(lián)的關(guān)系，要保證每個子系統(tǒng)的系統(tǒng)級絕緣電阻符合標準要求，需要子系統(tǒng)內(nèi)所有高壓部件均保持良好的絕緣情況。整車的絕緣電阻也是同樣的道理，整車絕緣電阻要想滿足標準要求，需要每一個高壓部件的絕緣電阻具有遠高于500Ω/V的絕緣電阻設(shè)計值，并且在使用過程中不發(fā)生絕緣失效。

對于部件層級來說，高壓部件的絕緣性能，取決于高壓部件內(nèi)部帶電部分與其外殼及低壓電路之間的絕緣性能，與電氣間隙、爬電距離的設(shè)計和絕緣材料的選擇有關(guān)。電氣間隙和爬電距離的設(shè)計應(yīng)依據(jù)GB/T 16935，絕緣材料的選擇要充分考慮到電應(yīng)力、溫度應(yīng)力、化學(xué)應(yīng)力和環(huán)境污染這4個因素對絕緣壽命的影響。

為了保證高壓部件和高壓系統(tǒng)的絕緣電阻在惡劣的使用環(huán)境及全生命周期內(nèi)均滿足標準法規(guī)要求，高壓部件的絕緣性能需要經(jīng)過總成級別的可靠性與耐久性的考驗。整車的絕緣電阻應(yīng)通過整車遇水后的絕緣電阻試驗、整車耐久試驗后的絕緣電阻試驗來進行整車級別的絕緣電阻的充分驗證。

3.4 電位均衡

電位均衡是針對采用基本絕緣方式，具備金屬外殼的高壓部件的設(shè)計措施，要求其金屬外殼與車身電平臺保持等電勢的狀態(tài)。GB 18384—2020中要求外殼金屬部分與電平臺之間的電阻應(yīng)小于0.1Ω，一般行業(yè)中通用要求為40 mΩ。

電位均衡按不同形式可以分為焊接、通過標準件固定連接、通過支架等導(dǎo)體連接、線束連接4種形式，每種連接方式的技術(shù)要求見表1。不管采用哪種形式，電位均衡裝置除了要滿足電阻的要求，還應(yīng)當(dāng)滿足在高壓回路發(fā)生短路故障時，不會先于回路保險熔斷前失效，這樣才能起到保護人體免于觸電事故的作用。

表1 4種電位均衡連接方式的設(shè)計要點

電位均衡要求看似容易實現(xiàn)，實際包含很多方面的注意事項。第一，電位均衡裝置所采用的金屬材料在設(shè)計時要考慮不同材料等電位傳遞中的化學(xué)電勢，用于等電位的金屬材料和車身金屬材料之間的化學(xué)電勢不能超過0.6 V[5]；第二，電位均衡設(shè)計時要考慮該高壓部件是否有橡膠密封圈，對于有橡膠材質(zhì)的密封圈的高壓部件，由于可能發(fā)生熱脹冷縮現(xiàn)象，在變形后會影響上下殼體之間的電位均衡情況，因此，在這種情況下要對上下殼體分別設(shè)計有電位均衡裝置；第三，電位均衡的各連接部分，包括與車身及部件殼體之間的連接部位，均不能有漆，整個電位均衡的通路都應(yīng)保證可靠的電氣連接；第四，電位均衡裝置和用于固定的標準件在設(shè)計時，需要耐受振動等整車使用環(huán)境而不發(fā)生松動。

3.5 Y電容

Y電容存在于高壓系統(tǒng)正/負極與電平臺之間，如圖4所示,可分為寄生Y電容和安規(guī)Y電容2種類型。安規(guī)Y電容是人為設(shè)計的，而寄生Y電容是車身鈑金件、高壓線束和高壓部件外殼等與車身之間被動形成的電容[6-7]。Y電容會對高壓安全帶來多方面的影響，首先如果Y電容的能量沒有被限制在合理的范圍內(nèi)，會存在單點失效即發(fā)生觸電事故的風(fēng)險，另外Y電容對絕緣監(jiān)測的檢測精度也存在一定程度的影響[2,8-9]。

圖4 高壓系統(tǒng)中的Y電容

由于Y電容會對高壓系統(tǒng)的安全性造成影響，GB 18384—2020中要求任何B級電壓正負極中任意一級和電平臺之間的總電容在其最大工作電壓時存儲的能量應(yīng)不大于0.2 J，如果大于0.2 J就需要滿足非常嚴格的附加要求。

在GB 18384—2020中，Y電容的測試方法是通過計算所有高壓系統(tǒng)中安規(guī)電容能量總和的方法來測試的，這種計算方法存在一定的弊端，只能計算出系統(tǒng)中的安規(guī)Y電容最大能力，而無法計算出寄生Y電容的能量。標準中采用這種計算代替實車測試的方案也是由于目前沒有高準確性的實車測試方案。Y電容的實車測試難點主要在于動力電池Y電容的測試，及上電后整個系統(tǒng)的測試。因為動力電池及包含動力電池的系統(tǒng)在上電狀態(tài)下無法采用LCR數(shù)字電橋測試儀等儀器進行測試，只能在高壓部件不上電狀態(tài)下進行測試。目前，對于動力電池及包含動力電池的系統(tǒng)通常采用瀉放電阻法進行測試，但該方法的精度受測量工具、環(huán)境的影響較大，測試結(jié)果只具有一定程度的參考意義[6]。目前在一些專利中，也闡述了類似于泄放電阻法的在技術(shù)方案，可實時進行Y電容的測試。后續(xù)隨著測試技術(shù)的不斷突破，才能更好地保證0.2 J要求的落實。

3.6 絕緣監(jiān)測

絕緣監(jiān)測技術(shù)通過實時監(jiān)測整車的絕緣電阻情況，在車輛發(fā)生第一個絕緣故障時，就可以及時監(jiān)測到并采取合理的處理措施。絕緣監(jiān)測技術(shù)主要包括檢測硬件設(shè)計和控制策略設(shè)計2個部分。

在檢測硬件設(shè)計方面，主流的絕緣監(jiān)測方法有注入法和電壓比較法，如表2所示。2種檢測方法各有優(yōu)缺點，其中注入法采用獨立的電源，將檢測信號注入到整個高壓回路中，對整個高壓回路包括交流回路的測量精度都很高，但測量周期較長，內(nèi)部電路相對復(fù)雜，因此成本略高[2]。電壓比較法依據(jù)動力電池正負極對電平臺的電壓進行數(shù)據(jù)的計算，容易受到電池電壓的波動而影響精度，且很難監(jiān)測到交流回路的絕緣變化。但測量周期短，成本較低，在設(shè)計時應(yīng)注意Y電容對其精度的影響，需要進行實車標定[8-9]。

表2 絕緣監(jiān)測2種技術(shù)方式

控制策略的設(shè)計方面，首先要實現(xiàn)GB 18384—2020中的要求，即在發(fā)生絕緣失效時，需要通過聲光報警燈方式進行警示。在此要求基礎(chǔ)上，可以依據(jù)絕緣降低的不同程度進行多層級報警設(shè)計，配合故障未恢復(fù)前禁止再次上電、禁止充電等具體的故障處理策略。近幾年，隨著新能源汽車安全性的整體提升以及用戶的使用需求的明確，更多主機廠采用了報警結(jié)合上電前檢測到故障禁止上電的策略，取消了禁止再次上電的策略，這樣做駕乘人員可以在故障自行消失后繼續(xù)使用車輛。

以上2個部分是絕緣監(jiān)測的主體設(shè)計思路，部分主機廠在進行設(shè)計時，也會關(guān)注一些重點總成部件的絕緣電阻，一般為動力電池和動力電機。如果想要重點監(jiān)測動力電池的絕緣電阻，可以在上電前或者下電前對動力電池進行單獨的絕緣監(jiān)測，確認沒有絕緣失效情況后再允許本次上電或者下一次上電或者僅進行報警。甚至可以在高壓下電狀態(tài)下，每隔一段時間喚醒絕緣監(jiān)測裝置進行動力電池絕緣電阻的檢測，最大程度上避免動力電池絕緣失效造成的安全隱患。需要注意的是，該方案需要絕緣監(jiān)測裝置的硬件布置位置處于如圖5所示的主回路高壓繼電器前的位置。

圖5 絕緣監(jiān)測裝置位置

3.7 高壓互鎖

高壓互鎖功能利用低壓信號來監(jiān)測新能源汽車高壓系統(tǒng)回路的完整性，即回路是否連接正常、保護蓋有無打開等[10-11]。高壓互鎖的設(shè)計包括硬件設(shè)計與故障處理策略的設(shè)計，互鎖的故障處理策略與其采用的硬件互鎖拓撲結(jié)構(gòu)有關(guān)。硬件設(shè)計，又分為互鎖開關(guān)結(jié)構(gòu)和整體互鎖拓撲設(shè)計。

高壓線束上的互鎖開關(guān)結(jié)構(gòu)是高壓連接器中的2個低壓端子，其端子插針要比高壓端子的插針短，如圖6所示。在高壓連接器被拆卸時，先于高壓端子斷開連接，從而保證高壓連接器未完全拆卸下來時，就可以通過低壓信號觸發(fā)互鎖故障從而可以進行下電報警等控制策略[12]。

圖6 高壓連接器中的互鎖結(jié)構(gòu)

互鎖拓撲設(shè)計方案一般分為3種類型，分別為星型、環(huán)型和混合型，其優(yōu)缺點對比如表3所示。

表3 互鎖拓撲設(shè)計方案

星形高壓互鎖拓撲結(jié)構(gòu)中，各高壓互鎖開關(guān)呈現(xiàn)并聯(lián)關(guān)系如圖7所示。各總成的高壓互鎖狀態(tài)由各總成的控制器自行監(jiān)控，將檢測結(jié)果上傳給VCU進行處理。這個方案在排查故障時可以直接鎖定故障部件，但成本較高，要求各高壓部件均具備控制器及監(jiān)測模塊。

圖7 星型高壓互鎖

環(huán)型高壓互鎖拓撲結(jié)構(gòu)中，各高壓互鎖開關(guān)呈現(xiàn)串聯(lián)關(guān)系，原理如圖8所示[13]。在發(fā)生互鎖故障時，只能監(jiān)測到故障的存在，無法判定故障的數(shù)量與具體位置，維修故障時需要逐個進行檢測排查，但成本較低[14]。

圖8 環(huán)型高壓互鎖

混合型綜合了星型與環(huán)型的特點，基本方案采用環(huán)型高壓互鎖，對一些相對更加重要的高壓部件采取了星型的互鎖方案[15]，其原理如圖9所示?；旌闲拖啾刃切偷膬?yōu)勢是可以降低成本，相比環(huán)型的優(yōu)勢是混合型可以在關(guān)鍵部件互鎖故障發(fā)生時，進行更加有針對性的故障處理方案。

圖9 混合型高壓互鎖

高壓互鎖在設(shè)計時候也應(yīng)該考慮高壓互鎖相關(guān)部分發(fā)生故障的情況，一般針對互鎖回路斷開、互鎖回路短路、互鎖回路對12 V電源短路、互鎖回路阻抗變大等故障進行檢測及預(yù)防措施。

目前也有一些車型沒有進行高壓互鎖設(shè)計，比如大眾的MEB平臺。但對于大多數(shù)國產(chǎn)車企來說，如果不能完全參透國外主機廠取消互鎖功能背后的綜合設(shè)計與考慮，進行高壓互鎖設(shè)計是更為合理的選擇。高壓互鎖技術(shù)作為行業(yè)通用的技術(shù)，成熟度高且能起到有效的防護作用。

3.8 防水

電動汽車的防水性能主要考核整車遇水后的絕緣電阻情況，防水性能的保障主要從高壓部件本身及車身密封性2個方面來考慮。

為了保證整車遇水后的絕緣電阻，一般主機廠將所有的高壓總成防護等級均設(shè)計為IP67或IP6K9K，可以保證遇水后高壓部件內(nèi)部不會進水，從而可以保證其絕緣性能不因遇水而降低。如果高壓部件在設(shè)計時未能滿足IP67或IP6K9K的防護等級，在進行整車布置時，需要考慮布置位置的車身密封性，對車身鈑金接縫、孔洞、空腔特征進行密封或結(jié)構(gòu)加強處理[16]。

新車的防水性能較好，在車輛使用一段時間后其防水性能有所下降。因此，主機廠在進行整車密封性及部件防護等級設(shè)計時，也應(yīng)考慮車輛防護等級的可持續(xù)性。對于設(shè)計目標為IP67或IP6K9K的高壓部件（尤其是動力電池），其后續(xù)防水性能失效一般與總成上蓋處、連接器內(nèi)部的密封墊松動變形及外殼變形有關(guān)。高壓部件殼體密封墊一般采用橡膠材料，會受低溫影響逐漸失去彈性，在設(shè)計時應(yīng)選擇具有良好耐磨性，且低溫下（-70℃）仍能保持良好性能的材料；外殼的形變在非碰撞情況下，一般是由于頻繁的振動工況造成的[17-18]。為了避免這2種情況導(dǎo)致的防水性能下降，主機廠在產(chǎn)品開發(fā)階段，除了進行國標中的整車涉水試驗、洗車試驗來測試整車防水性，還應(yīng)針對各高壓部件進行壽命試驗及振動試驗后的密封性試驗和耐壓試驗，進行多輪考核。

另外，碰撞也可能造成連接件、緊固件松動和外殼變形，從而導(dǎo)致部件密封被破壞后進水引起絕緣下降。主機廠在設(shè)計電動汽車的碰撞故障處理流程中也應(yīng)當(dāng)考慮對碰撞后車輛各部件密封性能的檢測[19]。

3.9 主動放電及被動放電

主動放電和被動放電設(shè)計用于實現(xiàn)電動汽車下電后高壓回路的低電能和低電壓，2種設(shè)計措施的設(shè)計對象是高壓系統(tǒng)中能量大于0.2 J的X電容的高壓部件。其中主動放電需要由控制器控制執(zhí)行，被動放電要求是主動放電失效時的補充措施，不依靠控制策略，始終有效[2]。由于高壓系統(tǒng)中具備X電容且其能量最高的部件是逆變器，主動放電一般由逆變器執(zhí)行，所有滿足條件的高壓部件應(yīng)自行設(shè)計有被動放電電路[20]。

主動放電的要求在整車級標準中是隱含著被提出的，在GB/T 31498—2021中，對碰撞故障后的低電能低電壓提出了具體要求，但對主動放電的時間要求沒有明確[21]。在電機系統(tǒng)的相關(guān)國標GB/T 18488.1—2015中，對電機系統(tǒng)本身的主動放電時間進行了要求，要求其放電時間不應(yīng)大于3 s[22]。目前行業(yè)中通用的整車級別主動放電時間為5 s，但有縮短的趨勢。

目前，常用的主動放電方法有2種，具體的對比如表4所示。通過逆變器驅(qū)動動力電機進行放電，該方法放電速度非?？?，一般小于1 s；另外一種通過外加放電回路，利用電阻放電，如圖10所示。該方案風(fēng)險小，但是需要另外增加電路，相對第一種方案增加了成本，目前該方案應(yīng)用較多。

表4 2種主動放電方式對比

圖10 主動放電方式—放電電阻

目前市面上有許多雙電機車型，對于具備多個電機的情況，一般應(yīng)設(shè)計2個或多個具有主動放電能力的總成，以避免單個總成主動放電功能失效造成整車級主動放電失效，從而增加觸電風(fēng)險。

被動放電由高壓部件內(nèi)的放電電阻實現(xiàn)，被動放電電阻與X電容并聯(lián)在一起（圖11），放電電阻可以是一個電阻也可以是一組電阻。一般行業(yè)上要求被動放電的時間，即為部件與動力電池斷開后將部件中的電能下降到60 V的時間不超過2 min。被動放電電阻的設(shè)計應(yīng)綜合考量部件的效率問題，不宜設(shè)計過小[2]。

圖11 被動放電方式

3.1 0碰撞安全設(shè)計

電動汽車碰撞后應(yīng)該同時滿足防觸電保護要求、電解液泄漏要求以及可充電儲能系統(tǒng)（REchargeable Energy Storage System,REESS）相關(guān)要求，其中防觸電保護要求包括低電壓要求、低電能要求、物理防護、絕緣電阻要求，滿足其中一項就可以達到標準法規(guī)的要求[21,23-25]。碰撞后與高壓安全緊密相關(guān)的故障為高壓帶電部分裸露（IPXXB失效）、絕緣失效和電位均衡裝置失效。為了防止碰撞后的觸電事故，高壓安全對這幾種故障的發(fā)生和發(fā)生后的處理策略進行了充分設(shè)計防護，主要在結(jié)構(gòu)布置防護和碰撞后斷電2方面展開防護設(shè)計。

在結(jié)構(gòu)布置防護方面，高壓部件應(yīng)盡量布置在碰撞吸能區(qū)域之外，整車結(jié)構(gòu)在碰撞時應(yīng)實現(xiàn)對高壓部件的有效防護。對于具備金屬外殼的高壓部件，其本身的外殼和支架也應(yīng)當(dāng)具備足夠的剛強度?？梢酝ㄟ^仿真進行連接失效分析、侵入分析和沖擊分析來模擬總成在碰撞后的失效風(fēng)險[26]。此外，總成自身也要依據(jù)標準法規(guī)要求，滿足沖擊、跌落、針刺、擠壓等性能要求并經(jīng)過充分的驗證[27]。對于高壓線束來說，在碰撞過程中可能發(fā)生拉伸和擠壓變形[28]，其布置應(yīng)當(dāng)盡量從車輛中部通過，避開車身可能發(fā)生大變形位置,對于在非安全區(qū)域的高壓線束,應(yīng)通過CAE仿真分析，確認當(dāng)前布置方案的高壓線束的變形模式、模擬最大變形量與最大應(yīng)力分布，從而評估線束在碰撞后發(fā)生高壓帶電部分裸露（IPXXB失效）及絕緣失效的風(fēng)險[29]。

碰撞后斷電設(shè)計方面，分為控制策略與硬件的設(shè)計。車輛要具備碰撞后傳感器，最好是同時具備前碰與后碰傳感器，從而更為準確地判斷碰撞的發(fā)生，由VCU/BMS接收碰撞傳感器發(fā)出的碰撞信號，然后通過斷開高壓繼電器切斷高壓回路，實現(xiàn)碰撞后的斷電?，F(xiàn)在也有一部分主機廠采用了智能熔斷器，可以直接響應(yīng)碰撞信號，從而更加迅速地切斷高壓回路。在高壓回路被斷開后，繼續(xù)執(zhí)行主動放電，保障高壓回路迅速處于低電壓低電能的狀態(tài)[30]。

4 高壓安全技術(shù)趨勢

目前，高壓安全的技術(shù)領(lǐng)域整體已趨于成熟，未來可能在以下5個方面有所突破：

（1）高壓安全技術(shù)中的個別技術(shù)措施，如Y電容的檢測和防護技術(shù)，會隨著Y電容相關(guān)研究的深入被挖掘出對整車安全尤其是充電安全的顯著影響，在未來會被重視并應(yīng)用于整車上。

（2）對于部分非法規(guī)項通用性技術(shù)措施，可能隨著越來越多的市場反饋，被發(fā)現(xiàn)起到防護作用概率過低，主機廠會逐漸簡化設(shè)計甚至取消設(shè)計。

（3）隨著電動車技術(shù)的不斷發(fā)展，會逐漸形成一些可共同實現(xiàn)出多個高壓安全要求的總體技術(shù)方案，從而優(yōu)化整車成本。

（4）高壓安全測試技術(shù)會不斷發(fā)展，提高測試精度，簡化測試方法，可以更好地保證標準要求的落實。

（5）未來高壓安全也將與大數(shù)據(jù)相結(jié)合，從而實現(xiàn)快速云端診斷、精確維修方面的突破。