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電動車電氣安全防護 電動車漏電偵測系統介紹
  • 發布年度:2011
  • 主要類別:電動車與車輛電子
  • 次要類別:電子報
  • 車輛研究測試中心 技術發展專案 / 涂家政

    近年來,石化燃料所造成的環境劣化,溫室效應等環保問題。使得世界各國紛紛投入研究發展零排放的車輛,其中以鋰電池驅動的電動車最受矚目,一般電動車是由許多電池芯(Cell)經串並聯組成高壓電池系統來滿足車輛所需電能及續行里程,但高壓電池系統總讓人們對電動車的安全性多了份存疑,擔憂高壓漏電會造成人員受傷。因此,高壓電池系統,其設計考量層面就需非常嚴謹及縝密,除需具備自我診斷、預警及保護等機制外,還需具備高絕緣的防護能力及即時的漏電偵測系統,才能保障駕駛及操作維護人員安全。

    電動車電源系統,可分成高壓及低壓系統,如圖1所示,一般低壓系統之負極會與車體金屬部位搭接來作為共同的準位,然而高壓系統則不和車體搭接成為浮接狀態,電動車之高壓和低壓系統必需是不具有共同的電力迴路,主要可防止高壓和低壓系統之訊號交互干擾及降低人員遭受高壓迴路電擊等。從物理原理可知,隔著介質的兩帶電體間會存有阻抗,因此不同的電力迴路讓低壓及高壓系統間存有絕緣電阻RP及RN,該電阻值之大小可作為判斷高壓是否漏電,而法規標準對此絕緣電阻亦有所規範,如聯邦汽車安全標準(Federal Motor Vehicle Safety Standard, FMVSS) No.305就要求絕緣電阻需大於500Ω/V(V為高壓電池組的總電壓),換句話說漏電流不得大於2mA(I=V/R=1V/500Ω=2mA)。對照表1之電流對人體傷害可知2mA為人感覺到之最小電流值,絕緣電阻強度象徵著漏電流之大小,標準訂定是相當嚴謹。

    圖1 為車輛中心所開發的電動車i-EV,其高壓系統配置如圖所示,高壓系統主要供給馬達驅動器(Inverter)、電動空調(AAC)及直流/直流轉換器(DC/DC)

    表1. 電流對人體傷害

    由上述可知,電動車漏電與否可由圖1中低壓及高壓系統間的絕緣電阻RP及RN來判斷,該絕緣電阻之值攸關駕駛及操作人員等安全,因此在車輛靜止及行駛中、充電前之絕緣電阻量測監控可預防系統漏電導致人員觸電及系統異常。車輛中心對此開發了電動車漏電偵測系統,透過量測電動車之絕緣電阻,即時判斷電動車是否漏電來保障駕駛及維修人員之安全。表2為車輛中心所開發的電動車i-EV使用漏電偵測系統所量測結果,測得RP及RN絕緣電阻之平均值為619.6kΩ及635.8kΩ,兩者皆大於180kΩ(360V乘於500Ω),即平均漏電流約為581uA及566uA,符合標準FMVSS No.305之要求。

    表2. i-EV使用絕緣電阻量測之漏電偵測系統量測結果

    電動車輛是包含複雜機電的交通工具,其中高電壓的組件包括動力電池、馬達、充電器、電動空調、直流/直流轉換器等,都會涉及高壓電之絕緣問題,且車輛的工作條件相對多變與惡劣,包含振動、沙塵、酸鹼氣體的腐蝕、溫度變化及涉水等,都有可能造成動力電纜及其他絕緣材料迅速老化甚至絕緣破損,使設備絕緣強度大大降低,危及人身安全,因此訂定電動車電氣安全防護標準與法規及量測監控電動車的絕緣電阻,均是為了提升電動車輛使用的安全性,也是車輛中心關心努力的議題。

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