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新能源电驱系统标准解读与拓展:防尘防水防接触

日期:2020-02-13    来源:臭皮匠试验室

国际新能源网

2020
02/13
19:13
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关键词: 新能源电驱系统标准 IP防护 三合一电驱动系统

   导语:小明看着窗外的暴雨,它来的悄无声息,已经下了足足一天一夜,吹散了沪城的燥热,但并没有吹散小明心头的忧郁,看着楼下刚刚提好的Model 3,心中是五味杂陈。犹豫着是否能开出?能不能涉水?又会不会漏电?室外充电是否安全?回想起销售提到的防护等级IP68,也是一头雾水。
  IP防护等级在我们的日常生活中会经常遇到,日常使用的手机,如Mate30Pro、iPhone11等达到IP67及以上的防护等级。那么针对电动汽车,特别是对三合一电驱动系统而言,都叫IP防护等级,又有什么异同呢? 普通消费者购买电动汽车最优先考虑的问题就是安全问题。 为了保证高压部件不进水、不漏电,高压部件的IP防护等级应该达到什么等级呢?
  今天,我们就来聊聊电动汽车防护等级"IPXX",分三部分解读这个话题 :
  1. IP防护的标准介绍
  2. 什么是IPXX?
  3. 三合一电驱动系统总成要求,主要解答以下几个问题:
  a). 三合一电驱动系统总成的防护等级一般怎么定义?
  b). 三合一电驱动总成防护等级IP67&IP6k9k,减速器也需要达到该要求吗?
  c). IP试验一般什么时候进行?
  d). 防尘防水(P67)和防接触(IPXXB/IPXXD)是否都需要进行测试?
  1. IP防护标准介绍
  来来来,直奔重点,一张图搞清楚IP防护等级的来龙去脉:

 
  图1 IP防护等级的标准及其引用关系
  由此可知,当前针对电动汽车高压部件的IP防护等级,一般参考的是《GB/T 30038-2013 道路车辆 电气电子设备防护等级(IP 代码)》,该标准与《GB/T 4208-2017 外壳防护等级》出处一致,均源于IEC 60529,主要的区别就在于30038中有一些特殊的代码要求(带K,如6K),且测试方法略有不同。
  2. 什么是IPXX?
  搞清楚了标准出处,那么所谓的IP代码到底代表着什么含义?一张图来说明这问题:
  图2 IP代码含义说明图
  其中,
  IP是International Protection的缩写 (refer to ISO20653)
  第1位特征码代表防尘等级,从0到6K或字母X
  第2位特征码代表防水等级,从0到9K或字母X
  附加字母(可选),字母A、B、C、D
  补充字母(可选),字母M、S
  我们一般日常听到最多的是前两个代码,也就是防尘防水等级,如Tesla销售经理告知小明的IP68,有时候也只定义防水等级如IPX7。
  一张图说明具体要求(# 以下是标准要求的汇总,方便大家查阅,建议收藏#):
  图3 IP防护等级具体要求
  如果省略前两个特征码,只用附加字母,如IPXXB、IPXXD,这个就是我们常用的接触防护。 实际在国家相关高压电安全标准 (GB/T 18384等)对于接触防护有明确要求:
  乘员和载货厢中带电零部件的防护等级不应低于 IPXXD;
  车辆其他部分的防护等级不应低于 IPXXB
  下图是接触防护的测试要求示意图:
  图4 IPXXB/IPXXD防护要求说明
  最后一个可选字母,一般使用的很少,在GB/T 30038中只有两个可选字母: M、S,而在GB/T 4208中有4个可选字母: H、M、S、W。 具体含义可以参见标准。
  3. IP等级在电动汽车动力总成中的应用
  让我们回到开篇的问题,同时针对IP测试中常见的几个问题进行讨论:
  > 三合一电驱动系统总成的防护等级一般怎么定义?
  对于三合一电驱动总成,常规要求是IP67,该要求也是上海新能源汽车可以上牌 的 地标要求,三合一电驱动总成是必须要达到这个标准的。
  另一个常用的是IP6K9K,该要求主要是提高了水的温度和压力,具有实际参考意义,一般汽车级高低压接插件都要求达到该防护等级。
  > 三合一电驱动总成防护等级IP67&IP6k9k,减速器也需要达到该要求吗?
  我们一般所说的三合一电驱动总成是指电机、电机控制器及减速器。电机和电机控制器达到IP67&IP6K9K很好理解,但是减速器一般是达不到该要求的。 主要原因:减速器一般使用的透气阀是 钢球式透气塞,而电机和电机控制器使用的是 单向膜式通气塞 ,前者的价格便宜,且不怕油,而后者贵,且存在被油堵住,无法通气的问题。减速器中是纯机械件,而且透气阀一般布置在比较高的位置,很难进水,即使进一点水是没有关系的。实际上一般减速器透气阀可以达到防护等级IP54,而达不到IP67。
  > IP试验一般什么时候进行?
  三合一电驱动总成为了保证整个生命周期都可以达到防水防尘的要求,在实际测试中是需要考虑试验的顺序。一般在耐久、振动、化学腐蚀试验后都需要进行IP防护试验,进行IP防护试验以后需要复测绝缘性能以及输出特性。
  > 防尘防水(P67)和防接触(IPXXB/IPXXD)是否都需要进行测试?
  接触防护等级试验主要是考察的电气部件外壳对于触电的防护。一般是在不便于进行防水防尘测试的设备中进行,如碰撞后整车的高压部件。标准中也有说明,若防尘等级达到4以上时,已可以满足金属线无法进入。也就是说如果部件达到防尘等级6就已经自然满足了IPXXD。
  写在最后:
  关于电动汽车的安全问题,身边有长辈、朋友问及,想说的是:IP防护等级至关重要,不仅涉及产品安全,更是我们人生安全不得忽视的一个指标;此外,还需要关注系统级的功能要求,如主动放电、高压互锁等,进而又会涉及到多种故障和响应机制的定义。
  一句话,判断产品做的是否安全和人性化,需要从系统角度,透过表象挖掘本质。后续我们一起专题来理一理电动汽车的安全性究竟要"看"什么。
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