车辆工程技术
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车辆技术
1 背景
随着新能源车低碳环保技术推广普及，新能源车日渐成为人们日常生活中出行必不可少的交通工具。随之普及程度的数量增加，维护维修需求增加，由于新能源纯电动车、混合动力车电气高压部分所需要能源电量供给分别都有：高压配电系统，高压驱动控制系统，高压升降压逆变电源系统，以及高压电附件系统等等。这些高压电气部分种类繁多，所用到电能电量到均为高压直流电能，但早期国内市场多数为混动车复合能源型。而高压直流复合能源系统中多数应用到高压锂电池与高压超级电容。其中大功率混动车低速高效时驱动整车的主要储能元件是“高压超级电容和高压锂电池”。超级电容属于具有功率密度高的特点，而高压锂离子电池属于具有能量密度高的特点。由于超级电容装车前不带电，一旦储存电能，车辆的“超级电容或高压锂电池”因自放电后电压大幅下降都会存在不稳定因素。 在现有新能源车技术应用中，维护维修操作“超级电容和高压锂电池”时电气高压安全问题是决不容忽略重中之重的任务。
在新能源车的安全事故中，纯电动车、复合能源混动车后高压舱中高压安全事故主要故障原因包括：动力电池短路、高压线缆绝缘层破皮漏电、超级电容漏液放电，超级电容或动力电池连接端子松动，超级电容或动力电池过充电等。所造成的安全事故有：动力电池着火、超级电容着火或者放电。从新能源车研发制造、运输存储、维保及事故处理各环节着手看，新能源车高压储能系统REESS 重点在防水、防火、防触电。
新能源车用智能放电装置系统
杜 柯，李 盼，李子贺，潘鹏昌，李峰（郑州宇通重工有限公司，郑州 450016）
摘 要：本文主要阐述了一种新能源车用智能放电系统，该系统由智能控制模块、铝壳大功率电阻模组、集成风机控制模块、充电模块、急停装置、仪表检测装置等组成。本文主要讨论新能源纯电动车、混合动力车的高压系统在测试过程和维修过程存在的高压触电风险，通过对风险预案整理分析，设计了本文所介绍的新能源车用智能放电系统，保证人员安全。关键词：
高压安全；智能控制；功能参数；超级电容；动力电池
图1
保证人身安全，维保维护新能源纯电车、复合能源混动车安全技术基本要求是不可或少的一步。对于高压储能器件“超级电容和高压锂电池”这里引用REESS 标准中B 级电压系统防护要求来进行诠释；在专业电气操作维护新能源车后高压舱时，依据GB18384中1、2、3的法规高压宣贯要求：高压母线总正和总负的绝缘电阻值应大于500Ω/V（一般整车要求大于约5兆欧以上）。B 级电压电路出现问题时，采用高压储能系统断电方式作为保护，正常工作时，其热态泄露电流不应大于5mA。从而进一步来保证驾驶人员，乘车人员，电气维护人员的人身安全。
B 级电压的范围：30V ＜交流电压≤1000V，60V ＜直流电压≤1500V
B 级电压电路出现问题时，必须断电后，需要对“超级电容进行放电卸电荷”，才能安全操作，要求交流电路电压降低到(rms)，直流电路电压降低到60Vd.c 以下。电路存储的总能量小于0.2J。 当“超级电容和高压锂电池”的拆解工作，与“超级电容和高压锂电池”模块故障问题维护处理时，专业电气操作必须按安全要求执行。以防止对人员、车辆造成危害，降低人员失火触电的概率。
专业电气人员对高压舱高压电气系统维护时，重点就在新能源车的高压储能器件REESS 必须先放电后维护。“高压放电装置”成为新能源车安全操作防触电的一种安全保护设备。
以往专业高压电气操作人员维修维护都是用几个大功率线绕合金电阻（俗称刹车制动电阻）简单的手动串联或并联起来加空气开关使
用，为了操作方便有些人在受电夹具介入正、负极负载时，经常不经意间不断开开关直接带载拆除拉出储能器件，容易造成电弧易起火和人身触电极不安全。
专用放电装置，日常维修维护新能源车高压舱的高压主要大功率储能组“超级电容和高压锂电池”储能器件时，因新能源车设计高压舱离地间隙防水按国标GB18384.3执行，依据标准涉水离地距离绝缘问题基本满足。“重点就是超级电容和高压锂电池的防火、防触电工作”。 “放电装置”的智能化自动化必然成为新能源车维护高压系统安全操作的利器！是降低新能源车高压系统故障风险的必备装置；专用的放电设备对于专业人员来说不仅可有序进行维护保养车同时又提高了工作效率，而且对人身也起到安全保障。整车制造厂对于研发试制车来说使用率比较高，“放电装置”主要用于新能源车技术改进，市场问题紧急处理使用。对于整车厂而言，“放电装置”既要满足新能源车辆的高压储能系统的研发工作，又可专门用高压储能系统的放电试验。
2 现有技术的缺陷
目前较少有专门针对早期投放市场的新能源复合能源、纯电车（高压超级电容或高压锂电池）维护维保所用的宽压自动安全操作放电装置。
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北京汽车行情49车辆技术3 本装置电气控制系统（原理图以及注释介绍）
4 本装置方案内容
4.1 操作注意事项
当市场车辆维护保养、故障车辆应急处理以及研发试制车辆改装调试操作时，放电装置由电气人员双手带上绝缘手套与头灯进行有序规章操作。
（1）在操作“放电装置”前应在新能源复合能源车或纯电车上检查高压舱周边是否放置了备用干粉灭火器，防止火灾意外发生。
（2）对整车有故障的“高压超级电容或高压锂电池”放电前，首先应关闭整车低压控制总电源以保证整车不会以任何理由二次启动系统低压控制电路导致高压系统逻辑上电，然后拔出高压系统的手动快断器，增加高压回路断开点，以防止意外高电压窜入危及人身安全。 （3）把放电装置的受电夹具分别夹在（原理图中显示）“整车高压总正”与“整车高压总负”，目视放电设备仪表数值观察总电源模组降至安全电压以下，并用绝缘器具把金属外漏导电有源模组部分与高压系统电路的分离做临时绝缘处理，防止高压锂电池与超级电容即使安全电压以下释放瞬时大能量和瞬时大功率。若无漏电以及绝缘
失效迹象，单方面维护电源模组高压线束连接螺柱，需要放至安全电压以下用带有绝缘护套工具，进行紧固效验。
4.2 具体技术逻辑设计与原理
（1）当“智能控制模块”通过“放电装置”受电夹具分别夹在（原理图中显示）“电源组高压总正”与“电源组高压总负”从而进入“高压采样﹢与高压采样﹣”In put电压收集端口，高压采样信号收集后，“智能控制模块”会通过电压比较判断“电压高低”从而得知优先控制（原理图中显示）放电电阻继电器（JD1、JD2、JD3、JD4、JD5）是否全部投切（触头开关K1、K2、K3、K4、K5将闭合）！如果全部投切将以放电电阻最大功率让电阻发热放电（600V电位＋450V电位＋300V电位＋150V电位至~0电位）！如果通过电压比较判断“电压高低”不需要全部投切，则将定量分组投切放电电阻发热放电（例如300V电位＋150V电位至~0电位），那么“智能控制模块”只会让继电器JD3、JD4、JD5输出，三组定量投切闭合，触头开关K3、K4、K5将闭合！
（2）原理图中的“电源指示灯”只是作为有源“提示警示注意有电”，而电压表是一个直观“电压目测感知判断”用于观测电压电位是否以放电至最低限度，“K6急停开关”用于放电装置突然出现故障时按下断开“有源高压回路”避免火灾和触电！
（3） 放电电阻继电器模组：JD1、JD2、JD3、JD4、JD5的投切是依靠“智能控制模块”的Out put端
口Y1、Y2、Y3、Y4、Y5开关量信号输出控制JD1、JD2、JD3、JD4、JD5从而到达控制投切目的，而Out put端口Y1、Y2、Y3、Y4、Y5开关量信号输出是通过采集高压电压信号路由经“智能控制模块”（电压采集比较计算）所给出。 （4）过程主线电路：放电设备过程主线设有高压电路防反接大功率二极管，防止操作人员在放电车辆储能模组总正或总负电极时产生误操作，电源端滤波器在主线路主要去除其他杂波，平缓直流纹波的作用，使采样电压更稳定。
（5）高压充电模块：开发此设备主要以放电功能为主，另其次有充电功能主要是辅助早期投产市场的混合动力车型（后高压舱主要储能源为超级电容类为主），在混动车日常维护放电后，为了整车柴油发动机能够正常启动（备用启动依靠发动机后舱低压牵引电机电控启动），主要需要依靠ISG电机拖动整车柴油机（早期混动车驱动结构有ISG发电机和TM主电机组成），然而控制ISG电机启动条件是保证电机控制器内部有足够高的高压直流电，需要利用放电设备里的充电模块把高压储能系统电压平台升至要求电压域值，方能正常启动。充电模块具备串行通讯控制功能。其中充电K7接触器与放电K6接触在过程主线路有电气互锁功能，保护了放电设备的内部“智能控制模块”与“充电模块”同时工作。充电K7接触器由放电设备内部“充电模块”负责控制。放电K6接触器由放电设备内部“智能控制模块”负责控制。
放电设备在日常新能源车维护时，较多参与使用为主的是放电功能，随着新能源车“超级电容”与“高压锂电池”复合储能源技术的不断创新应用，充电功能后期使用较少，只针对早期开发的新能源混动车辆
使用。
（6）DC750V~DC50V风机系统：是主要为放电电阻放电时所产生的热能利用24V电压平台风机进行快速风冷降温，所用的风机电源为宽压DC-DC电源，输入电压范围DC750V~DC50V（宽域变压整流模块）宽域的电压平台可适应为电源持续供电！风机电压为新能源客车低压电附件电压标准32V~18V，风机品类为易选易匹配传统客车发动机散热直流风机。
（7）整个操作放电装置受电夹具安装储能源总正、总负后，人图2
车辆工程技术50车辆技术
员应尽量远离电气设备进行仪表读数观测。
（8）“超级电容”放电完成后，应先按下“K6急停开关”把高压主电路断开！否则带负载拆卸放电装置的受电夹具对人体容易产生放电电弧，所以应按下电顺序来操作。
5 技术总结
放电装置有益效果体现了采用“智能模拟量电压采样比较模块”实现了模块经受电夹具采样高压电压自动对高压储能器件“超级电容”或“高压锂电池”进行放电，方便高效安全的为复合能源新能源车日常维护的电气操作人员从根本上解决提高了防触电操作风险，按规章逻辑上下电顺序操作保证了人身安全。以往电气操作人员维修维护都是随意靠经验用将大功率线绕合金电阻（俗称刹车制动电阻）简单的串联起来加开关使用，接线和操作受电夹具时经常不经开关断路，直接带载拆除易产生的电弧易起火和人身电击触电，极不安全，故日常维护中新能源车高压系统、试验储能模组等大功率或高能量储能元件超级电容、锂电池模组，自动放电势必提高了新能源车储能系统维护人员安全和工作效率，同时也降低新能源车因高压系统产生安全事故的概率。
设备装置仅通过5组1.2KW铝壳大功率电阻、风机电源以及风机、智能控制模块、电源滤波模块、可串行通信充电模块、电源指示灯、电压表组成（液晶数显模块），电气原理架构简单，设备装置操作安全，设备也方便维修维护。
创新性地使用智能模拟量电压采样比较模块经输入采样电压比较输出开关量继电器控制放电，其次自动控制放电电阻功率的投切同时利用宽压DC电源转换低压直流供散热风机吹风加速散热放电提高效率。把新能源车B级电压操作风险降至最低！高效安全为新能源复合能源车和纯电动车的高压电气操作人员从根本上解决防触电操作风险以及误操作引起的火灾。
放电电阻结构示意图与放电设备装置实物图：
图3
本发明的目的旨在不用专门投入专用价值昂贵的精密仪器设备进行对车辆维护，而利用投资小、体积小，自适应功能强的器件与设备，以有效参与解决产线调试、市场日常售后维护、高压储能器件试验测试开发，体现了最大价值化。避免了高成本购置与多方技术员参与设计人力浪费的问题，形成技术成果同时，立项申请专利ZL201720929416.0。
参考文献：
[1]GB/T18384.1-2015，电动汽车 安全要求 第1部分：车载可充电储能系统REESS[S].
[2]GB/T18384.2-2015，电动汽车 安全要求 第2部分：操作安全和故障防护[S].
[3]GB/T18384.2-2015，电动汽车 安全要求 第3部分：人员触电防护[S].
基金项目：国家重点研发计划课题项目（2018YFB0106200）
（上接第53页）
3 其他鉴定评估方法
在二手车鉴定评估中，还有两种常用方法包括现行市价法和清算价格法。现行市价法需要公开、活跃的二手车市场为基础，收集大量参照车辆的数据，对于新能源汽车而言可行性较弱。清算估价法是由于企业或个人因为特殊原因急需出售车辆的，以重置成本等方法为理论依据进行评估的方法。
4 总结
四种鉴定评估的方法的可行性分析总结如下表：
表2 四种鉴定评估的方法的可行性分析
方法对象数据收集
的难易
是否需要
活跃市场
主观因
素等影
响强度
可行性
难度
重置成本法大部分车辆易需要但不强烈弱易
收益现值法营运性车辆易需要但不强烈强易现行市价法大部分车辆难需要弱难清算估价法急需变现车辆易需要但不强烈强易 由表格得出结论：对于家用、商用或公务用车的纯电动汽车或者混合动力汽车或者，在鉴定评估时，适合选用重置成本法；对于市场上的纯电动公交车或网约电动车，在鉴定评估时，适合选用收益闲置法；现行市价法需要公开活跃的二手车市场，目前新能源汽车的市场行情一般，鉴定评估时不建议采用该方法。清算价格法是以重置成本法为基础的针对企业破产等要求一定期限内将车辆变现方法，在条件满足时即可采用。
参考文献：
[1]崔胜民.新能源汽车技术[M].北京：北京大学出版社,2020.8.
[2]鲁植雄.汽车评估[M].北京：北京大学出版社,2016.6.
（上接第97页）
and Characterization of the Index Finger Module of a Hand Exoskeleton for Post-Stroke Rehabilitation[J].IEEE/ASME Transactions on Mechatronics,2012,17(5):884-894.
[10]Polygerinos P,Wang Z,Galloway K C,et al.Soft robotic glove for combined assistance and at-home rehabilitation[J]. Robotics & Autonomous Systems,2014,73(C):135-143.
[11]赵臣银，范松青.手指长度的测量及研究[J].解剖科学进展,2002,8(3):222-224.
[12]王宏，赵长宽，姬彦巧.人类手指运动轨迹的计算机仿真[J].东北大学学报（自然科学版）,2006,27(8):891-894.
基金项目：国家自然科学基金项目（61571381）；福建省软科学计划项目（2016R0083）
通讯作者：方正
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