混合动力客车高压电安全性能研究

摘要

混合动力汽车HEV为了实现电力驱动的目的，通常采用了高压电池组作为动力源之一。尤其是混合动力客车，由于要求的功率大，电池组电压远高于安全电压。一旦发生碰撞、翻车等交通事故，其高压电系统可能给司乘人员及施救人员造成伤害。尽管目前的混合动力汽车上普遍采用了主电路断路开关来达到在危险工况时断开主电路，但电池组内部的高压电仍然可能危害人身安全。因此，研究一套较完善的高压电安全系统，对促进混合动力汽车的产业化具有重要意义。 本文参考了目前国内外EV/HEV的相关安全性法规，研究了目前已量产的HEV车型如Toyota Prius、ford guide-escape的安全性相关措施，并以此为基础对HEV主要的安全隐患进行了分析，提出了基本的对策。针对混合动力客车高压电问题的特殊性，创新性地提出了一套基于逐级分断技术的电池组内部分断的混合动力客车的高压电保护系统方案，实现在危险工况发生时快速将高压电分断至安全电压的目的，同时，尽可能地降低系统成本。为此，本文开发了以机械式万向传感装置和带装开关为传感元件的混合动力客车危险工况监测系统；设计了在主电路短路后再迅速切断电池组内部电路的逐级分断系统电路，使得各分断继电器可以取消灭弧装置从而降低成本。实验表明，该系统的方案是可行的。建立并验证了某客车的有限元模型，利用Ls-dyna软件计算了客车在正面、侧面碰撞过程中的响应，并以此作为系统中自主开发的机械式万向传感器的Adams模型的输入，分析了传感器的响应情况。结合实验测得的继电器的相应时间指标，得到了在不同碰撞情况下的系统响应时间，分析了其对整个系统工作性能的影响。 论文研究表明，本文设计的高压电保护系统能够实现对主电路的断路及电池内部电路的及时分断。仿真研究发现，本文设计的万向传感器能够在正面碰撞事故中触发整个系统的工作，而在侧面碰撞情况下传感器可能会失效，需要配合带状开关以保证系统的正常工作。同时，必须合理选择继电器、接触器的响应时间及合理设计电池箱结构及电池组的布置位置，以在侧面碰撞时达到较好的保护效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1混合动力汽车安全概述

1.2混合动力汽车安全性的主要研究内容

1.2.1高压电安全问题

1.2.2电池舱的通风问题

1.2.3电池组加入导致的碰撞安全性问题

1.2.4电磁辐射及电磁干扰问题

1.2.5行人安全问题

1.2.6电子设备的失效问题

1.3混合动力客车安全性国内外研究状况

1.3.1混合动力客车发展历程及现状

1.3.2客车安全事故

1.3.3混合动力客车相关安全法规

1.4混合动力客车安全性研究方法

1.4.1试验法

1.4.2计算机仿真法

1.5本文课题研究的主要内容

第2章HEV高压电触电防护措施分析

2.1触电的基本概念

2.2触电伤害因素

2.3触电的形式及防护措施

2.3.1触电对人体的伤害形式

2.3.2触电防护措施

2.4常见混合动力汽车高压电触电防护措施

第3章混合动力客车高压电安全性研究

3.1混合动力客车安全问题的特殊性

3.2混合动力客车高压电保护系统方案

3.3机械式万向角度传感器的设计

3.4高压电分断系统的工作性能研究

3.5侧翻工况下机械式万向传感器极限角度测量试验

3.5.1试验原理

3.5.2试验设备

3.5.3试验步骤

3.5.4试验结果分析

3.6机械式万向传感器的设计方案二

3.7带状开关的设计及其工作性能的试验验证

3.7.1实验设备

3.7.2实验步骤

3.7.3实验数据记录和处理

3.7.4实验结论与分析

3.8小结

第4章客车碰撞仿真研究

4.1客车车身骨架几何模型的建立

4.2客车有限元模型的建立

4.2.1有限元理论基础

4.2.2有限元模型建立的具体过程

4.2.3正面碰撞有限元模型有效性的验证

4.2.4侧面碰撞有限元仿真

4.2.5变形分析

4.3小结

第5章高压电保护系统的动力学响应情况研究

5.1 ADAMS软件简介

5.2 ADAMS分析原理

5.3创建万向传感器运动学模型

5.3.1 工作环境的设置

5.3.2几何模型的导入

5.3.3材料的赋予

5.3.4创建约束

5.3.5创建驱动

5.3.6定义接触

5.4小结

总结与展望

参考文献

致谢

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