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【干货】解析动力电池系统安全设计:Pack等电位连接技术

导读: 触电防护是动力电池系统电气安全设计的重要内容,一般来讲,可以通过两类途径来实现:一是直接接触防护,如绝缘设计、屏护防护(遮拦/外壳,IPXXB/IPXXD等);二是间接防护,包括等电位连接、电气隔离(电气间隙、爬电距离)。这里谈谈对等电位的一些理解与认识。

  触电防护是动力电池系统电气安全设计的重要内容,一般来讲,可以通过两类途径来实现:一是直接接触防护,如绝缘设计、屏护防护(遮拦/外壳,IPXXB/IPXXD等);二是间接防护,包括等电位连接、电气隔离(电气间隙、爬电距离)。这里谈谈对等电位的一些理解与认识。

  什么是等电位连接?

  在电工术语中,等电位连接,也叫保护接地,《雷电与避雷工程》一书对等电位的定义如下:“等电位连接是把建筑物内、附近的所有金属物,如混凝土内的钢筋、自来水管、煤气管及其它金属管道、机器基础金属物及其它大型的埋地金属物、电缆金属屏蔽层、电力系统的零线、建筑物的接地线统一用电气连接的方法连接起来(焊接或者可靠的导电连接)使整座建筑物内部的金属物成为一个良好的等电位体。”

  在国标GB/T18384-3:2015《电动汽车安全要求第3部分》中,将等电位连接(电位均衡)定义为:电气设备外露可导电部分之间电位差最小化。

  为什么要求等电位连接?

  在电气安全技术不断地发展和更新的进程中,人们注意到,大量电气事故是由过大的电位差引起的,比如雷击伤亡事故就是因为雷电所产生的上万伏特电压直接加诸到人体和大地之间,巨大的电位差产生瞬间大电流,造成受雷击的人因呼吸停顿或心脏麻痹而伤亡。与雷击事故相比,全球有更多的人因为遭受民用电或工业用电的电击而伤亡,其原理与雷击事故相同,均是由于带电物体在人体不同部位产生了巨大的电位差,进而造成严重伤害。

  国际上非常重视等电位连接的作用,它对用电安全、防雷以及电子信息设备的正常工作和安全使用,都是十分必要的。等电位连接后,可防止系统电源线路中的故障电压导致电击事故,同时可减少电位差、电弧、电火花发生的机率,避免接地故障引起的电气火灾事故和人身电击事故。

  等电位连接的作用主要如下:

  防止人身遭受电击:将电气设备在正常运行时不带电的金属导体部分与接地极之间作良好的金属连接,以保护人体的安全,防止人身遭受电击。

  保障电气系统正常运行:电力系统接地一般为中性点接地,中性点的接地电阻很小,因此中性点与地间的电位差接近与零。

  防止雷击和静电的危害:雷击时会产生静电感应和电磁感应,物料在生产和运输过程中因摩擦而引起的静电,都可能造成电击或是火灾的危险。

  在电动汽车产品中,如果整个电池组的最大电压超过60V(DC),就已经超过了人体安全电压的范围,必须进行等电位连接,以确保使用安全。

  在等电位连接的情况下,即使电池组的正极或负极与电池组壳体的绝缘因故障而失效,由于车辆上所有的裸露金属部件都已经通过等电位连接达到了同一电位,因此人体接触这些金属部件时,不会有电流产生,人体在车辆上面仍然是安全的,不会发生电击事故。

  与电动汽车相关的等电位连接标准有哪些?

  ①GB/T 18384-3电动汽车安全要求第3部分:人员触电防护

  ②EN 1987-3 Electrically propelled road vehicles-Specific requirements for safety-Part3:Protection of users against electrical hazards

  ③ISO 6469-3 Electrically propelled road vehicles-Safety specification-Part3:Protection of persons against electric shock GB/T 18384-3对等电位连接的设计要求、测试要求在标准6.3.1和6.9中做了明确规定。

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  如何进行等电位连接的设计和检验?

  对于等电位连接的验证,GB/T18384-3:2015给出的测试方法在标准7.4部分:

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  GB/T18384-3:2015的测试示意和实例如下图所示:

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