纯电动汽车高压电气安全管理与时间延时研究

　　3.2电路延时分析

　　3.2.1延时环节

       式中 ：t—时间常数。

　　图4是惯性环节的bode图，分别显示了惯性环节的幅频特性和相频特性。

　　因此可以知道惯性环节惯性环节具有低通特性，对低频输入能精确地复现，而对高频输入要衰减，但会产生相位滞后。因此它会对信号产生延时，延时时间由时间常数t决定。

　　当系统有多个小惯性环节时，在一定的条件下，可以将它们近似地看成是一个小惯性环节，其时间常数等于原系统各小时间常数之和：

　　3.2.2电路延时

　　通过前面对电流检测和过流故障执行电路的分析可知电路延时主要包括以下几部分：

　　（1）电流采集电路的信号输入端是电流传感器，通过运放电路对电压的变换，这两部分可以等效为惯性环节，设时间常数为t1，因此可以表示为：

　　（2）电流采样信号经过rc滤波器的延时，可以等效为信号经过一个惯性环节。可知时间常数t2= r5·c4，可以表示为：

　　（3）电流信号通过a/d变换器给控制芯片进行处理的延时等效于一个纯延时环节，设延时时间为t3，可以表示为：

　　（4）当检测到过流故障处理时，控制芯片给出故障信号切断主接触器。可以知道输出电路主要延时包括光耦隔离芯片的延时和信号继电器relay-spst的动作延时。同样这个部分延时可以等效为一个纯延时环节，设时间常数为t4，则可以表示为：

　　针对以上分析建立了如图5的电路延时仿真模型。

       4 仿真分析

　　根据实际设计的电路及查看相关资料可以知道电流传感器选用内部集成有相位补偿功能的互感器和制造工艺精湛的变压器，同时采用高速的运算放大器，因此取t1=10μs；rc滤波电路的参数选取根据实际情况而定，首先采样延时时间要远远小于控制芯片的处理周期200μs，其次由于采样信号是电机的电流信号，是低频的正弦信号，因此滤波电路要起到滤波的作用截止频率不能太高，因此综合考虑，取滤波截止频率f=7.96khz此时时间常数t2=20μs；而控制芯片若选用快速数据处理芯片，则也可大大降低数据处理阶段的延时，t3在20μs~30μs左右；故障输出电路通过查看datasheet可以知道光偶的延时和relay-spst的断开时间约是0.35ms。

　　按照以上模型的建立和对相关参数的分析进行仿真，仿真结果如图6所示。实线表示在主接触器流过的实际电流。我们控制器设定在电流300a时进行过流保护，断开主接触。但由于采集电流电路和过流故障执行电路的延时原因导致在电流300a时不能及时的断开主接触器，而是在电流大概420a时才切断高压电路。这就在对主接触器的选型时必须要考虑延时带来的影响。

       5 器件选型

　　在20kw的电机控制器中电机额定功率/峰值功率是20kw/60kw，额定电压是180vac。选用主接触器的型号是kilovac公司的ev250-2a-400amps［10］，该接触器在纯电动汽车上应用广泛，它的主要电气特性如下：

　　（1）ev250主要应用于电池开关，直流电路控制，保护和安全断开。

　　（2）在320v下可长期工作电流400a，500a电流持续时间为6.5min，可断开2500a电流，经过28~1800vdc试验。

　　（3）内部带有线圈节能器：在不同温度、电压下只需4w保持功率；通过emi频谱试验和认证；内装线圈抑制器。

　　（4）旋转式触点，使得电阻小，功耗低。

　　（5）“超级气密封”专利，保护所有运动部件，可在危险环境下运行。

　　ev250在额定线圈电压下，高压接触器线圈的闭合响应即接触器完全闭合的时间约是135ms，满足国家标准要求的高压电气安全控制系统工作至少大于100ms才允许高压供电回路闭合接通，并且接通时需有预充电过程，以避免接通时瞬态的高压电冲击。接触器断开的时间大约为18ms，可重复性非常好，对于国标gb/t18384.1――2001中切断高压要于20ms内完成的响应要求提高了10%。

　　同时主接触器在500a电流持续时间为6.5min，根据仿真结果，在考虑延时的影响下，主接触器仍然能够满足电路的要求。

       6 结束语

　　本文针对纯电动汽车高压电系统，设计了在纯电动汽车上的高压电路，为高压电路绝缘等效电阻、等效电容的测量、高压电路泄压过程的放电时间及剩余电量的计算提供了解决方法。设计了高压电系统的电流，电压，温度监测电路，并对电路进行分析，建立了电路的延时模型。通过仿真分析，结果表明，在我们选择了一定的时间常数t时高压电系统中的主接触器满足电路的要求并有一定的余量，对电动汽车的安全性，可靠性都有重要的意义。本文研究的分析方法，为电动汽车的器件选型提出了一个新的方法。