前言

電動汽車能量形式區別于燃油汽車，主要包括和新增化學能、高壓電能、磁能及相互轉化形式。各種能量形式，從電動汽車誕生的哪一天，就已經和“安全”捆綁在一起。化學能的易燃燒、易污染；磁能對人體潛在傷害、對環境及設備干擾；尤其是電能高電壓、大電流，直接對人體或設備構成安全威脅。本文從設計角度，以高壓電纜為案例，重點討論高電壓安全發展進步。其宗旨，以人為核心的安全，是最根本的需求。

電動汽車和電力系統，此“高壓”非彼“高壓”，對人體都具備強傷害性

1.電力系統對線路和設備的高壓劃分

把標稱電壓1kV及以下的交流電壓等級定義為低壓，把標稱電壓1kV以上、330kV以下的交流電壓等級定義為高壓。在新版《電力安全工作規程》規定：電壓等級在1000V以下者為低壓設備。電壓等級在1000V及以上者為高壓設備。

2.電動汽車高壓，就是B級電壓

?A級電壓：最大工作電壓小于或等于30Va.c.(rms),或等于60V d.c.電壓組件或電路。

?B級電壓：最大工作電壓大于30Va.c.(rms)且小于或等于1000V a.c.(rms)，或大于60V直流（d.c.）且小于或等于1500V直流（d.c.）的電力組件或電路。

3.高壓對人體強傷害性，電流大于50mA流過人體有生命危險

電能對人體的傷害形式，主要有電擊和電灼傷等。在電動汽車“人員”安全方面，這兩種狀態，都有可能發生。對于駕駛員、乘員，電傷的成分更大一些，對于維護人員、故障處置人員，這兩種情況都有可能發生。

電擊主要是電流通過人體，對人體器官，比如，心臟、肺、神經系統造成的傷害，與電壓和電流大小、電流通過人體時間、人體阻抗狀態、環境濕度狀態、交流頻率等因素有關。同時，還與電流流過人體的途徑有關（流過手與手之間，左手與左腳之間較嚴重）。人們通過實驗，一般性共識，當人體流過工頻（50～60HZ）1mA或直流5mA電流時，人體就會有麻、刺、痛的感覺。當人體流過工頻20～50mA或直流80mA電流時，人就會產生麻痹、痙攣、刺痛，血壓升高，呼吸困難，自己不能擺脫電源，就有生命危險。當人體流過100mA以上電流時，人就會呼吸困難，心臟停跳。一般來說，10mA以下工頻電流和50mA以下直流電流流過人體時，人能擺脫電源，故危險性不太大。

電灼傷主要是電流的熱效應、化學效用等對人體的傷害。對于電動汽車，高壓電方面，主要是來自于熱效應的傷害，比如，短路電弧、過流高溫等熱量對人體外表的傷害。

對于電動汽車、電力系統，高壓、大電流對人體的傷害都是一樣的。

高壓安全的發展，從標準進步開始

標準中約束的要求是電動汽車安全的底線和發展方向。在我們國家，標準某種意義上是等同于法規效力的。近幾年，新修訂的國標，在某些條款或參數，都達到或超過ISO、 SAE等標準。

2015版電動汽車安全標準進步：

分析：

1、三個新國標共有22處增加，31處修改。其中，人員觸電防護，變更最多，10處增加，11處修改。可以說明一個問題，在電動汽車整車安全標準中，以人為核心的產品安全思路，已上升到新高度。

2、新國標修訂后的特點：高壓定義更加清晰和明確；增加了故障緊急響應的要求，需要企業提供相應的技術文件等；強調車輛在行駛中的安全狀態。

高電壓安全設計案例：高壓電纜

1.案例：tesla 使用的champlain電纜，其“專門”的特性在哪里

tesla采用美國Champlain的專門為電動車生產的線纜，其最高可承受600V電壓，并且可在-70～150℃之間工作。

EXRAD XLE 電纜特性指標：

Tesla高壓電纜特性與QC/T 關鍵指標對比:

注：工信部批準發布了汽車行業標準QC/T 1037-2016《道路車輛用高壓電纜》，于2016年9月1日實施。

分析：QC/T 在某些安全特性方面測試或需求要高于 tesla 現有指標

絕緣耐壓測試,QC的火花試驗,更嚴酷。

額定溫度在低溫方面,tesla 更勝一籌。

阻燃特性QC明顯高于 tesla 要求。

耐磨特性，QC要高于tesla 特性。

耐化學溶劑方面，QC 涵蓋品種更多。差異性方面Tesla HOT water(熱鹽溶液 85℃)測試，需要進一步分析。

2、高壓電纜因使用環境位置不同，需要防護措施設計

這一點就是標準中所說，在基本防護之上增加一層或多層絕緣、遮攔、殼體。在車輛特定位置高壓電纜防護同樣需要做設計。只不過，不全是單一高壓防護。我們在燃油汽車低壓線束設計中，這一點做的已很成熟，例如，在前艙，都知道有發動機的高溫、振動等考驗，線束增加高溫（150℃）、耐磨護套等。

下圖是tesla防護案例：

案例總結，整車角度的高壓電纜,也是高壓零件之一。更多情況裸露在外。安全問題較為突出。所以，為了增加人們的感官辨識，使用了顯眼的橙色，也是安全色。同時，需要滿足整車及整車中不同使用位置的環境需求。包括，溫度、耐腐蝕、耐磨等多方面。其最終也是防止破皮發生高壓危險。

標準中，新增加的“斷電”保護措施理解

個人認為標準中，增加了高電壓安全保護措施“斷電”要求，是非常科學和智慧的。從表層原理看進去，其實，是很復雜的要求。如果能做到斷的正確、斷的及時、斷的安全、緊急斷電，并不是一件容易的事。斷電，不全是硬件繼電器的可靠性執行，更重要的是，軟件的邏輯正確，故障診斷到位等

“斷”的正確：主要從軟件指令傳輸入手，對通信方式、策略設計、EMC等方面，采取保護措施。

“斷”的及時： 是響應快的需求。標準中要求，從“可行駛模式”到驅動系統電源切斷狀態只需要一個動作。一方面，強調整車層面，發出斷電指令的一個步驟即可；另一個層面，繼電器可以在幾秒之內或更短時間，切斷電源。做到及時。

“斷”的安全：從標準中可以看出，需要在設定的時間內，回路狀態滿足條件之一“交流電路電壓應降低到30Va.c,直流電路電壓應降到60Vd.c或以下；電路存儲的總能量小于0.2J。”再行切斷供電。主體是確保繼電器不帶載斷電。確保硬件安全。最終起到故障態的防護作用。

緊急（救援）斷電：其實就是在非常狀態，無法通過上述狀態斷開高電壓時，采取的破壞性非恢復的斷電行為。如下圖為tesla的緊急響應保護措施：

前備箱緊急響應程序切斷回路：由2根低壓電線組成。切斷此回路會關閉高壓電池外的高壓系統。并且需要切斷兩次，避免意外重連的風險。

高電壓回路其它安全措施

高電壓回路安全在設計中，主要有硬件功能方面，如，絕緣檢測、HVIL互鎖電路、安全連接；軟件方面有故障診斷、報警、冗余設計；結構防護方面有護套、護板等。

小結

電動汽車安全，高電壓安全是最突出和被人們關注的功能。每當新能源汽車發生事故，人們潛意識關心的是人員被傷害的形式，電傷？燒傷？事件本身，就是對設計者的挑戰和壓力。所以，在對人員的保護方面，更需要技術不斷取得進步。同時樹立以人為本的安全設計，才是核心設計的理念。