新能源电驱系统标准解读与拓展：高低压抛负载

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导语：今天我们来聊聊三合一高压电驱动系统中的抛负载测试，聚焦于以下几个问题：1) 究竟什么是抛负载？2) 为什么要进行抛负载？3) 如何进行抛负载测试? 4) 面对高压抛负载，系统级有哪些控制保护策略？

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一、抛负载概述

抛负载(Load Dump)，顾名思义，即断开带电负载。对于高压电驱动系统可分为 低压抛负载 和 高压抛负载 ，其本质都是由不同原因造成的过电压脉冲。

不管是低压抛负载还是高压抛负载，我们研究的对象都是电驱系统对于电压脉冲的抵抗能力，测试的目的就是验证系统的鲁棒性。低压抛负载也属于EMC测试项目，具体内容在GB/T 28046.2-2019(等同于ISO 16750.2-2012)附录中有明确的介绍；高压抛负载目前GB中没有相关的要求，但在国外某些企标中有相关的定义。

二、低压抛负载

01、为什么进行低压抛负载？

在传统车里，当交流发电机对蓄电池进行充电时，交流发电机与蓄电池连接电路瞬时脱开，其他负载仍然与交流发电机保持连接，发电机输出电流急剧减小，致使发电机电枢绕组中产生瞬间过电压，此时就会产生抛负载脉冲。

关于低压抛负载的成因，如下图所示：

图1 低压抛负载的成因

02、低压抛负载测试方法

低压抛负载属于EMC测试项目，具体参见GB/T 21743.2(等同于ISO 7673-2)。 在测试低压抛负载时，可以采用下图所示的抛负载试验脉冲发生器。

图2 某脉冲发生仪器

GB/T 28046.2-2019中对于抛负载测试脉冲如下图所示。其中试验脉冲A和试验脉冲B本质是一样的。区别在于新的交流发电机中一般会加箝位电路(二极管桥), 用于集中抛负载抑制。可以实现将电压脉冲最大值箝在某个数值，即试验脉冲B所示。

图3 试验脉冲A/B

三、高压抛负载

01、为什么进行高压抛负载？

👉概念及特征

根据国际标准定义，高压抛负载属于电压异常测试项目，其成因主要是：高压部件将电能馈入直流高压电路中，发生异常情况，关掉了最大负载。通俗的讲，高压抛负载是指在 发电（能量回收） 或 充电 过程中，突然断开高压电池的连接而引起高压回路中高压部件需要承受高压脉冲的现象。

通过上述的描述，可以看出，不管是低压抛负载还是高压抛负载，实际上都是指 发电或充电时 ，最大的负载（蓄电池和高压电池）突然断开，而导致其他电气部件需要承受因断开所引起的电压脉冲。抛负载所引起的脉冲电压特点是 变化速率快 、 时间短 、 总体的能量不大 。

👉对电驱动系统的影响

为了描述高压抛负载对于电驱系统的影响，我们需要先根据电动车的高压拓扑了解下 充电过程中 抛负载对电驱动系统的影响。

如下图是一种典型的纯电动车的高压拓扑图，我们可以看出：

1）快充继电器在主继电器的前端，在快充时主继电器不吸合，MCU是不会上高压电，也就是说快速充电时，MCU是与电池断开的，也就不存在抛负载。

2）如果使用车载充电器（OBC）进行慢充电，由于OBC与MCU是在一个并联的高压回路上，假设充电时，BMS中的高压接触器出现故障，突然断开，那么高压回路中就会存在一个脉冲电压，MCU是需要承受高压脉冲。

图4 典型的纯电动汽车高压拓扑图

除了上述的充电过程抛负载，另外一种高压抛负载发生在 发电过程中 ：电机处于发电工况，如果存在紧急情况，BMS的高压继电器会断开，这个时候MCU会承受瞬间的脉冲电压， 这一脉冲电压与当前电机转速和电池SOC相关 。(#关于这部分内容如有兴趣后续再做探讨#)。

👉保护策略

面对上述可能存在的抛负载现象，为了系统安全，常用的保护策略有哪些呢？

1) 过电压阈值保护；

2) 进入安全状态：ASC或Freewheeling模式，根据车速定义；

3) 能量阈值保护。

02、高压抛负载测试方法

高压抛负载一般存在两种脉冲测试，如下图所示：

图5 抛负载曲线

对于该测试项目，需要说明的是：

1) 进行高压抛负载测试时，被测部件可参照如下图所示高压测试搭建类型进行试验设计。

2) 标准中对于变化的速率有定义，但是并没有定义公差，这个在实际操作工程中存在问题。

3) 由于电驱系统属于安全相关部件，按照要求，试验后功能等级要求为B。

4) 目前国内新能源汽车企业极少进行了高压抛负载试验，该项测试的主要试验设备是可编程直流电源，试验时可以在设备上直接模拟生成测试电压脉冲。

图6 高压抛负载测试示意图

四、拓展问题

1.纯电动车是没有发电机，还需要进行低压抛负载测试吗？

个人理解是需要的，纯电动车虽然没有发电机，低压电来自于DC/DC的高压转换，也可能存在低压电池突然断开，在低压回路中产生电压脉冲的情况。当然脉冲波形需要重新定义。

2.高压抛负载测试的必要性高吗？

个人理解该试验主要考核电气系统的鲁棒性，对于三合一电驱系统来说也是很重要的。这是因为在车辆实际使用过程中，由于意外情况，为了人生安全，突然断开高压是一种常见的策略。具体测试的工况建议进一步的研究确定。

3.高压抛负载的保护策略

文中所列的高压抛负载保护策略为动力总成级别，并不足以cover所有工况和潜在风险。关于这点需要整车根据高压拓扑，结合整车具体策略，与电驱系统协同制定，如有好的建议或想法，期待你的补充。