鉅大LARGE | 點擊量：1769次 | 2022年01月05日
動力鋰電池系統(tǒng)安全設(shè)計玄機：Pack等電位連接技術(shù)
觸電防護是動力鋰電池系統(tǒng)電氣安全設(shè)計的重要內(nèi)容，一般來講，可以通過兩類途徑來實現(xiàn)：一是直接接觸防護，如絕緣設(shè)計、屏護防護(遮攔/外殼，IpXXB/IpXXD等)；二是間接防護，包括等電位連接、電氣隔離(電氣間隙、爬電距離)。這里談?wù)剬Φ入娢坏囊恍├斫夂驼J(rèn)識。
什么是等電位連接？
在電工術(shù)語中，等電位連接，也叫保護接地，《雷電和避雷工程》一書對等電位的含義如下："等電位連接是把建筑物內(nèi)、附近的所有金屬物，如混凝土內(nèi)的鋼筋、自來水管、煤氣管及其它金屬管道、機器基礎(chǔ)金屬物及其它大型的埋地金屬物、電纜金屬屏蔽層、電力系統(tǒng)的零線、建筑物的接地線統(tǒng)一用電氣連接的方法連接起來(焊接或者可靠的導(dǎo)電連接)使整座建筑物內(nèi)部的金屬物成為一個良好的等電位體。"
在國標(biāo)GB/T18384-3:2015《電動汽車安全要求第3部分》中，將等電位連接(電位均衡)含義為：電氣設(shè)備外露可導(dǎo)電部分之間電位差最小化。
為何要求等電位連接？
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
在電氣安全技術(shù)不斷地發(fā)展和更新的進程中，人們注意到，大量電氣事故是由過大的電位差引起的，比如雷擊傷亡事故就是因為雷電所出現(xiàn)的上萬伏特電壓直接加諸到人體和大地之間，巨大的電位差出現(xiàn)瞬間大電流，造成受雷擊的人因呼吸停頓或心臟麻痹而傷亡。和雷擊事故相比，全球有更多的人因為遭受民用電或工業(yè)用電的電擊而傷亡，其原理和雷擊事故相同，均是由于帶電物體在人體不同部位出現(xiàn)了巨大的電位差，進而造成嚴(yán)重傷害。
國際上非常重視等電位連接的用途，它對用電安全、防雷以及電子信息設(shè)備的正常工作和安全使用，都是十分必要的。等電位連接后，可防止系統(tǒng)電源線路中的故障電壓導(dǎo)致電擊事故，同時可減少電位差、電弧、電火花發(fā)生的機率，防止接地故障引起的電氣火災(zāi)事故和人身電擊事故。
等電位連接的用途重要如下：
防止人身遭受電擊：將電氣設(shè)備在正常運行時不帶電的金屬導(dǎo)體部分和接地極之間作良好的金屬連接，以保護人體的安全，防止人身遭受電擊。
保障電氣系統(tǒng)正常運行：電力系統(tǒng)接地一般為中性點接地，中性點的接地電阻很小，因此中性點和地間的電位差接近和零。
防止雷擊和靜電的危害：雷擊時會出現(xiàn)靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，物料在生產(chǎn)和運輸過程中因摩擦而引起的靜電，都可能造成電擊或是火災(zāi)的危險。
在電動汽車產(chǎn)品中，假如整個電池組的最大電壓超過60V(DC)，就已經(jīng)超過了人體安全電壓的范圍，必須進行等電位連接，以確保使用安全。
在等電位連接的情況下，即使電池組的正極或負(fù)極和電池組殼體的絕緣因故障而失效，由于車輛上所有的裸露金屬部件都已經(jīng)通過等電位連接達到了同一電位，因此人體接觸這些金屬部件時，不會有電流出現(xiàn)，人體在車輛上面仍然是安全的，不會發(fā)生電擊事故。
和電動汽車相關(guān)的等電位連接標(biāo)準(zhǔn)有什么？
①GB/T18384-3電動汽車安全要求第3部分：人員觸電防護
②EN1987-3Electricallypropelledroadvehicles-Specificrequirementsforsafety-part3:protectionofusersagainstelectricalhazards
③ISO6469-3Electricallypropelledroadvehicles-Safetyspecification-part3:protectionofpersonsagainstelectricshockGB/T18384-3對等電位連接的設(shè)計要求、測試要求在標(biāo)準(zhǔn)6.3.1和6.9中做了明確規(guī)定。
如何進行等電位連接的設(shè)計和檢驗？
關(guān)于等電位連接的驗證，GB/T18384-3：2015給出的測試方法在標(biāo)準(zhǔn)7.4部分：
GB/T18384-3：2015的測試示意和實例如下圖所示：
有些客戶制定的等電位連接要求比GB/T18384-3:2015和ISO6469-3更嚴(yán)格一些，要求等電位連接的阻抗必須小于0.01歐姆。
那么，關(guān)于動力鋰電池系統(tǒng)來講，如何進行等電位連接的設(shè)計？
設(shè)計思路：
設(shè)計原理：
設(shè)計方法：
首先，要求電池箱的殼體必須和車輛的地(車輛殼體)實現(xiàn)等電位連接，可以采用地線連接的方式，也可以采用粗螺栓連接的方式，這取決于車輛的整體設(shè)計方法。
要點：
1)地線連接，地線顏色為黑色；
2)粗螺栓連接
其次，電池箱殼體上面的所有可接觸的導(dǎo)電金屬部件(比如蓋板、支架、水冷管等)，都必須和殼體是等電位連接的，這可以通過焊接、壓接、螺栓連接等各種方式實現(xiàn)。假如等電位連接是通過壓接或螺栓連接來實現(xiàn)的，那么接觸面不能噴漆或做絕緣處理，否則接觸阻抗很大，無法滿足要求。針對等電位連接的螺栓，其類型和扭矩等也有相應(yīng)的規(guī)格要求。
要點：
1)焊接，焊接可靠性；
2)壓接，接觸面不能做噴漆或絕緣處理，否則接觸阻抗大，無法滿足要求；
3)螺栓連接，接觸面不能做噴漆或絕緣處理，否則接觸阻抗大，無法滿足要求；
類型和扭矩有相應(yīng)規(guī)格要求。
再次，關(guān)于等電位連接所用的導(dǎo)體(比如接地線等)，要求其顏色是黑色，便于維修和拆卸時辨認(rèn)。用于等電位連接的導(dǎo)體截面積和接觸面的面積都必須保證不低于高壓線束的截面積，這重要是考慮絕緣失效時，高壓電流有可能流經(jīng)等電位回路，假如等電位連接的截面積不夠大，很可能因過流而發(fā)熱，并進而引起火災(zāi)。
要點：
1)用于等電位連接的導(dǎo)體截面積和接觸面面積都必須保證不低于高壓線束截面積
2)連接點需特殊處理，防止不同材料間的電位差帶來的腐蝕用途。
當(dāng)然，在產(chǎn)品設(shè)計時，等電位連接的技術(shù)實現(xiàn)不會僅局限于客戶的技術(shù)要求，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的具體情況，采取充分的措施和手段，來保證電位連接的要求，進而保證產(chǎn)品的使用安全。
這里有兩點強調(diào)下：
(1)有些同事關(guān)于等電位和接地容易混淆，這里闡述下：
共同點：要求必須滿足連接電阻足夠小，使連接的兩導(dǎo)體之間無電位差，同時對線體的表面的顏色也有要求(不同領(lǐng)域的顏色要求不相同)；
不同點：接地沒有嚴(yán)格要求接地線的載流能力，而等電位對連接導(dǎo)線有明確的載流要求：大于但不低于主功率線束的截面積，即載流能力等于或大于主功率線束。
(2)有些電動大巴電箱和車身底盤間采用絕緣墊連接，這是有風(fēng)險的。通常，BMS的絕緣監(jiān)測子系統(tǒng)一端連接在高壓上(高壓正或高壓負(fù))，另一端連接在24V地(即車身底盤)。BMS通過采集高壓正/負(fù)和車身底盤間的電勢差來判斷絕緣是否失效。當(dāng)電箱進水，電箱和高壓間的絕緣電阻失效時，
由于電箱和車身間采用絕緣墊，箱體未和BMS相連，所以BMS只能檢測高壓和車身的絕緣失效，不能檢測箱體和高壓的絕緣失效。
