新能源汽车高压电气设备维修与安全防护

引言

电动汽车的高压安全系统由于其复杂性和高风险性，使得对其安全性的研究和优化显得尤为重要。统计数据显示，近年来涉及电动汽车高压系统的安全事故频发，如 2016 年特斯拉 ModelS 的电池起火事件引起了公众对高压电池安全性的高度关注。这些事故不仅揭示了技术层面的缺陷，也暴露了管理和监管方面的不足。因此，深入研究和优化电动汽车高压安全系统，对于提升其整体安全性具有重要的现实意义。

1 新能源汽车高压配电系统概述

新能源汽车的高压配电系统是一种输送和分配大功率电能的关键电气系统，它对动力电池组或者燃料电池系统输出的高压直流电能进行转换并传输到驱动电机，为整车的动力系统提供所需的电力。该系统通常由高压直流电源（动力电池组 / 燃料电池）、高压母线、直流 / 交流变换器、功率分配单元和相关高压线路等核心部分构成。高压直流电源首先通过高压母线将大功率的直流电能传输到主蓄电池，再由主蓄电池通过直流 / 交流变换器将直流电转换为交流电，供交流驱动电机使用。同时，为了满足其他辅助系统的用电需求，高压配电系统还需要通过功率分配单元将部分高压直流电源分流至低压系统进行变压、整流等处理后供低压设备使用。高压配电系统中的电力传输和分配线路也十分关键，既要满足大电流的输送要求，又要通过合理的布线和屏蔽设计来减少电磁干扰。高压配电系统性能直接影响整车的续航里程、加速性能及能量利用效率等核心指标。高压高功率的工作特性使得高压配电系统电磁兼容性成为重点关注对象，一旦高压配电系统出现电磁干扰导致的故障，将直接影响车辆的正常驱动和控制，给行车安全带来极大的隐患。高压配电系统集成了诸多安全保护措施，如绝缘监测、接地故障检测、电弧检测等，这些功能的正常运行依赖高压配电系统良好的电磁兼容性。因此，加强高压配电系统的电磁兼容性分析和优化设计，对于确保新能源汽车的可靠运行、提升产品质量和品牌形象至关重要。

2 新能源汽车高压电气设备维修技术

2.1 电池系统维修技术

电池系统的维修需严格遵循严密的能源断开、安全操作程序，同时涉及电芯级和系统级的拆解与重构。电源断开按顺序分为多个步骤，使主母线电压降至安全水平，并结合分散化放电网络消散残余电荷量。针对模块电压不平衡问题，采用动态转移的方式在电芯之间重新分配电量，结合双向 DCDC 变换器实现电芯间能量单向或双向传递；对于电芯端头因氧化导致接触电阻增加的情况，需采用激光清洗去除氧化物，利用银基合金焊接材料恢复连接接口点接触。针对电池管理系统中的信号问题，需要对采集线屏蔽网进行恢复处理，优化双绞线布局以减小电子噪声，安装共模扼流圈来抑制电路电压振幅。恢复工作全部完成后，进行长时间工作状态下的充放电测试，并根据新的容量表绘制图样分析电芯一致性，通过红外热成像扫描检测各个模块温度变化值；针对退役电芯回收，利用电化学阻抗谱分类法实现电芯再分类技术，通过多元数据集群模型分析确定匹配组合方案。

2.2 绝缘电阻测量技术

绝缘电阻测量是新能源汽车高压电气系统绝缘监测技术的基础，能够有效评估系统整体的绝缘性能，主要包括直流电压法、泄漏电流法、交流电压法等多种。直流电压法的应用较为常见，其原理为欧姆定律，向被测部件处施加已知直流电压，对通过绝缘电阻的泄漏电流进行测量，计算出绝缘电阻值。直流电压法的应用原理与设备相对简单，且测量成本较低，多用于初步测量新能源汽车电池组与车身底盘之间的绝缘电阻，但受到直流电压影响，绝缘材料可能出现极化反应，导致测量结果存在误差。

2.3 高压电气系统

高压电气系统包括电缆、插座、继电器等组件，负责将电池组的电能传输到电动机和其他高压设备。该系统的设计需要考虑电气绝缘、过载保护、短路防护等方面。然而，在实际运行中，高压电气系统存在着电气绝缘不良、过载保护不完善、短路风险较高等问题，这些都可能导致高压电气系统的故障和安全事故。

3 新能源汽车高压电气设备安全防护策略

3.1 高压作业人员资质认证与培训

针对高压电气维修从业人员的资格管理需要设立多种能力评估体系，重点培训从业人员专业素养及安全技能两个方面。一方面，资格认证制度应当涵盖高压绝缘原理、故障分析流程及紧急处理措施等知识点，并以理论笔试加动手操作形式考核，检验高压电工是否真正掌握能量隔离、电位均衡等基本安全概念。另一方面，教育制度应当结合仿真技术与实物装备，以 3D 场景模拟常规故障环境，指引维修人员掌握诸如绝缘工具的正确选择、等电位作业、残余电荷泄放等关键技术细节并吸取案例事故经验，强化风险识别及决策的效率水平，重视培训系统由理论到技能的转化进程，使员工在动态情境下规范完成工作流程，确保人员既能高效识别高压设备风险要素，又能遵照修编工作的安全防护规程要求，最后实现多层次的安全规范操作能力。

3.2 设备安全防护

（1）绝缘保护：确保高压电气设备和线路具有良好的绝缘性能，采用高质量的绝缘材料和电缆护套，定期检查绝缘电阻，发现绝缘损坏应及时修复或更换。（2）接地保护：高压电气设备应可靠接地，接地电阻应符合安全标准，以降低接触电压和跨步电压，保护人员安全。（3）安全防护装置：安装高压开关、熔断器、避雷器、剩余电流保护装置、过流保护装置等安全防护装置，在发生故障时及时切断电源，防止事故扩大。

3.3 建立统一性行业标准，规范系统化培训体系

新能源汽车高压电气系统绝缘监测技术的创新优化离不开行业协会与相关部门的主导作用。通过专家团队的组建，深入研究并实施涵盖诸多高压电气系统绝缘监测技术指标的统一标准，确保不同企业生产的汽车在绝缘性能监测层面具备可比性。还要明确不同监测方法的选择依据与标准，并制定详细的操作流程规范，设置参数设定标准，保证监测过程的一致性。借助统一性行业标准的建立，提高行业产品质量安全性，为新能源汽车的推广发展奠定基础。此外，还要对现有的培训体系进行系统化规范，提升相关操作人员的技能水平和规范化操作意识，有效提高绝缘监测技术的实践应用效果，避免因人员操作不当导致的故障和安全隐患发生。

结语

进一步优化电池组的热管理系统，开发更高效的散热技术和智能温控算法；提升BMS 的精度和响应速度，引入更多先进的数据处理算法和多传感器融合技术；完善高压电气系统的防护设计，特别是针对短路和过载的保护措施；开展更多的实车测试和长期跟踪研究，验证优化方案的有效性和可靠性；推动行业标准的制定和完善，确保新能源汽车的安全性能达到统一标准。通过持续的技术创新和制度完善，可以进一步提升新能源汽车的安全水平，促进其健康可持续发展。

参考文献

[1] 丁庆洪 . 新能源汽车高压电气系统安全性与稳定性提升研究 [J].汽车测试报告，2024（22）：62-64.

[2] 刘娟娟 . 电动专用汽车高压电气系统安全设计及故障分析 [J]. 专用汽车，2021（7）：92-94.

[3] 严永利 . 电动汽车高压电气系统分析与安全防护设计 [C]// 探索科学 2016 年 6 月学术研讨 . 长沙：管理科学和工业工程协会，2016 ：68-69.