驱动系统安全接地浅析

驱动系统安全接地浅析

1、高压网络

纯电动汽车所用的高压网络结构决定了从供电器（如动力电池）到用电器（如驱动系统）的电能传输路径。

由于车体与大地是一个相对的参照系统，因此与地面固定装置不同的地方在于车辆的“地”不是大地, 而只是相对零电位的系统基准点——车体。

为满足安全要求，纯电动汽车高压网络区别与12V低压车载电网及民用电网的结构形式，实质上是一种IT网：供电器与车身绝缘，用电器壳体与车身连接。

相对于单个部件的安全接地，系统层面的安全接地作用更深一层，包含了电气安全和EMC设计。以下主要总结安全接地要素及注意事项，以驱动系统为例。

2、驱动系统接地

2.1 接地目的

驱动系统接地目的如上文所述，主要是为了：

a）保证等电位联接：电气部件故障时保证等电位，并且消除危险感应电势差（如电机感应电势与车体间的电势差）。

用于电气连接的保护导体, 可以在电气部件短接故障时, 形成一个故障电流回路，通过在高压回路正确匹配保护器件, 保证在故障电流作用下自动切断回路供电。同时由于所有可触及的可导电部分已由保护导体实现了等电位联结,，可防止人员与外露可导电部分的接触而导致的触电危害。

电机绕组流过电流产生旋转磁场，根据电磁感应原理，电机外壳产生感应电动势（此感应电势的大小与变频器开关频率有关），人体触摸则会有一定危害。通过驱动系统接地，可以有效降低电机感应电动势（可通过与变频器连接，利用其内部浪涌滤波器进行吸收、泄放），且通过等电位联接可以消除电机与车体间的感应电势差带来的危害。

b）EMC设计：减少系统电磁干扰。

2.2 接地事项

驱动系统安全接地通过选用铜编织带或黄绿相间的双色线与车体连接，并保证接地电阻＜0.1Ω。

【接地点清洁】

接地线与各个高压部件相连接，必须保证清洁并不被氧化。为了防止接地点表面氧化造成的连接故障，建议连接前打磨电机上/底盘上的连接点，并在接地点表面涂上一层导电油脂。

注：电阻增大，在出现故障时，因等电位失效而无法保护，危险。

【接地线不宜过长】

电机与控制器的安置位置应尽量近，可以减少控制器三相交流输出线缆的电磁辐射，同时，两者通过导线连接并接地，连接距离及接地线应尽量缩短，尽可能构成一个较小的电磁环路。

注：双电机系统接地方式类似。

【接地电阻值测量】

GB18483（参照ISO6469）：小于60Vdc的无负载电压，或动力电路的最大电流的1.5倍或25A，取其较大值，通过任何两个外露导电部分，至少5s，根据电流和电压降计算得到的电阻值不超多0.1Ω。

【接地线线径选择】

对于驱动系统保护导线线径选择，在《IEC60034-1-2010旋转电机性能与定额》对电机接地线有较明确的说明，如下：

对其他相线截面积，接地导线或防护导线的截面积应不小于：

——当相线截面积小于25mm²时，为同相线的截面积；

——当相线截面积为（25~50）mm²时，为相线截面积的25mm²；

——当相线截面积大于50mm²时，为相线截面积的50%。

整车集成时，需考虑系统绝缘失效时，接地线将承受大电流通过，因此接地线必须具备承受该回路最大失效电流，直到回路熔断器动作。因此，驱动系统的接地线线径可根据实际最大动力电流匹配核算。

对于驱动系统接地，部件供应商也会推荐接地线与动力电池电缆的规格相同，以便承受动力电池最大电流。

【接地标识及螺钉选用】

保护接地螺钉最小直径表如下：

注：为满足接地安全要求，对于螺钉长度，也作相关限值规定。

接地端子按GB/T4026-2004标识，用符号或图形标志。

【接地线连接顺序】

电机和控制器连接，为保证人员安全，最好按“接地线——相线——编码器/温度传感器线缆”的顺序进行操作，拆除时按相反顺序操作。

3、安全接地总结

安全接地是为防止高压设备绝缘失效时，通过高压防护设计，避免人员伤害的接地形式。此种接地形式直接体现为整车采用一级绝缘电气架构，各高压部件需尽可能的与车体低阻抗的搭接安装，确保整车中可能因故障带电的金属及所有可能触及的导电体等电位联接，并对高压回路实时进行绝缘监测，当车辆发生故障或紧急突发情况时，车辆执行断开高压回路动作或熔断高压回路保险，进而确保司乘人员的安全。