燃料电池系统绝缘电阻设计及分析.docx
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1、摘要:介绍了燃料电池系统的绝缘电阻保护原理,分析了绝缘电阻的设计要点,对于提高燃料电池系统的绝缘电阻设计水平具有良好的借鉴意义,可以有效提升燃料电池汽车的高压电安全性能。关键词:高压电;燃料电池系统;绝缘电阻O引言我国新能源汽车发展迅猛,确立了以燃料电池汽车、混合动力汽车和纯电动汽车三种车型为三纵,以多能源电力总成、电动汽车驱动电机、电动汽车动力电池三种共性技术为三横的研发布局。燃料电池汽车作为终极能源解决方案,在发展过程中遇到了诸多问题,尤其高压电安全设计一直是难点,绝缘电阻是考量高压电安全性的重要指标。因此,燃料电池系统的绝缘电阻设计显得尤为重要。1 绝缘电阻保护原理对于高压电而言,其触电
2、防护直接关系到人身安全,主要的防护措施包括基本防护和单点失效防护。基本防护主要是零部件的防护设计,通过绝缘、遮拦或外壳设计,防止人员与带电部分直接接触。单点失效防护主要是电位均衡和绝缘电阻防护。对于绝缘电阻防护,标准规定在高压系统最大工作电压下,直流电路的绝缘电阻最小值为100v,交流电路的绝缘电阻应大于500Q/V。为满足整车对绝缘电阻的要求,根据高压部件的数量,每个组件应有更高的绝缘电阻。对于燃料电池汽车,标准规定组合电路的绝缘电阻至少达到500V,如果交流电路中应用了附加防护方法来避免单点失效后的触电事故,则绝缘电阻值可以降低至100Vo2 绝缘电阻分析电堆绝缘电阻模型如图1所示,其中彳
3、表示正极端板对地的绝缘电阻、兄与“表示冷却液对地的绝缘电阻、分表示负极端板对地的绝缘电阻。曲和分由高压母排与框体的爬电距离、绝缘材料决定。导电的双极板与冷却液直接导通,冷却液又经过管路、散热器直接与车身相连,冷却液的电导率决定了心(彳与兄并联后的等效电阻)、心(尼与“并联后的等效电阻)的大小。在冷却系统设计时,要考虑将零部件与车身进行隔离,并使用非金属材料,采用去离子水,增加去离子树脂来降低冷却水的电导率,从而提高绝缘电阻值。双极板直接与冷却液导通,冷却液经过硅胶管路进入水泵及散热器,铝制散热器安装在车身上,绝缘电阻会大幅降低,一般要求冷却液的电导率小于5Scmo实验表明,当冷却液电导率为1S
4、cm时,系统绝缘电阻在600kQ,当冷却液电导率大于5Scm时,绝缘电阻值下降至100k,当冷却液电导率接近20Scm时,绝缘电阻值为20k0正极值板MEA负极值板图1电堆绝缘电阻模缎分配头采用非金属加铝合金制成,与电堆连接的端板采用铝合金材料,保证足够的支撑强度,在铝合金材料中间内嵌的三腔流道,分别对应空气、氢气、水,冷却液与塑料分配头接触,提高了冷却回路的绝缘电阻值。在空气和氢气管路中,高湿气体也会对绝缘电阻产生影响,塑料材质的分配头会提高电堆的绝缘性能。温度对绝缘电阻值也有影响,随着温度的升高,绝缘体中的原子、分子活动增加,原来的分子结构变得相对松散,离子不断增加。带电的离子在电场作用下
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