新能源汽车高压电气系统绝缘设计与测试方法（附：800V高压平台绝缘设计挑战）

新能源汽车高压电气系统绝缘设计与测试方法（附：800V高压平台绝缘设计挑战）

新能源汽车的高压电气系统是其核心组成部分，涉及电池包、电驱动系统、高压用电辅助设备等多个关键部件。在汽车运行的恶劣环境下，高压电路与汽车底盘间的绝缘性能可能降低，从而引发安全问题。本文将详细介绍新能源汽车高压电气系统的绝缘设计与测试方法，并探讨800V高压平台带来的特殊挑战。

新能源汽车高压电气系统架构

新能源汽车的电气系统可分为高压电气系统、低压电气系统及CAN通讯信息网络系统。其中，高压电气系统主要负责为驱动电机等大功率部件提供电能，而低压电气系统则包括灯光照明、娱乐系统等常规低压用电器。CAN通讯信息网络系统则实现各控制单元之间的相互通信。

新能源汽车高压电气系统绝缘设计要求

从安全设计角度来看，高压安全的关键技术主要包括接触防护、接触保护和安全预警三个方面。具体要求包括：

• 高压系统接触防护要求：高压连接器设计遮拦或者外壳且具备高压互锁功能，避免人员直接接触；
• 高压系统漏电流/电压要求：漏电流不能超过人体安全阈值（30mA·s），接触电压不能超过人体安全电压（36V）；
• 高压系统绝缘要求：电阻阻值除以动力电池标称电压至少大于100Ω/V；
• 高压系统功能安全要求：上电时需具有预充电过程，以避免接通时的瞬态高压电冲击；任何工况下，高压继电器的断开时间应小于20ms；高压系统电源断开1s后，任何可触及的导电部分和地之间的交流峰值电压应低于42.4V，直流电压应低于60V，且存储的能量应少于0.2J。

电动汽车高压电气系统绝缘电阻测试

对于电动汽车高压电气系统来说，高压系统中所有零部件均与高压蓄电池是并联关系，高压系统的绝缘电阻与整个系统的工作状态密切相关。绝缘电阻监控系统是对动力电池和电底盘之间的绝缘电阻进行定期地监视的系统。

依据GB-T 18384-2015电动汽车 安全要求中规定，绝缘电阻最低要求：直流100Ω/V，交流500Ω/V。

800V高压平台绝缘设计

2024年，国内乘用车800V快充车型渗透率有望提升至7%左右。800V高压平台带来的不只是更快的充电效率和更长的续航里程，还有和400V系统相比，更严峻的绝缘和安全挑战。

800V平台电压的提升，电池材料和零部件将面临如下挑战：

• 三电部件共性耐压绝缘设计挑战：电气部件主功率回路相关的电气间隙、爬电距离要重新设计；高低压部件的信号隔离回路要重新设计；使用更高耐压的绝缘材料。
• 电池包技术挑战：800V平台充电功率提升，电芯充电倍率将由1C提升到>=3C，影响电池容量和寿命，过高的电压将导致电极材料和电解液的稳定性降低。
• 电机技术挑战：800V架构下电机以较低的成本来满足扭矩、功率和效率要求的同时，高电压会对绝缘能力、耐压等级以及爬电距离带来更大挑战。
• 电机控制器技术挑战：800V电机控制器设计必须考虑高功率密度、高耐热、高频率切换应用下的产品可靠性，800V电压以及碳化硅逆变器频率的提升带来逆变器EMC设计的巨大挑战。
• 其他部件技术挑战：800V OBC、800V DCDC、800V电池高压继电器/熔断器/连接器、充电桩等都需要进行升级，这对汽车研发设计者带来较大的挑战。

总而言之，针对新能源汽车的高压电气架构，需采用合理的高压电气架构（如：驱动电机、减速器和电机控制器集成的三合一；车载充电机、DC\DC变换器集成的二合一等），集成相关高压零部件，达到减少高压继电器、高压连接器的数量、高压动力电缆的使用量等目的，增加整车高压系统的可靠性，降低发生高压安全问题，又可以降低整车成本，增加市场竞争力。

电动汽车中高压电气系统的功能是保证整车系统动力电能的传输，实时、定量地检测高压电气系统相对车辆底盘的电气绝缘性能，检测整个高压系统的绝缘故障、断路故障、接地故障和高压故障等，对保证乘客安全、电气设备正常工作和车辆安全运行具有重要的意义。