Avec le développement rapide des véhicules à énergie nouvelle et des technologies de stockage d'énergie, le système de batterie, en tant que vecteur d'énergie central, a attiré une grande attention en termes de sécurité et de fiabilité. Le plateau bac de batterie, en tant que structure de support et de protection des modules de batterie, ses performances d'isolation électrique sont directement liées au fonctionnement en sécurité du véhicule complet, à la durée de vie de la batterie et à la sécurité personnelle des utilisateurs. La conception de la sécurité électrique du plateau bac de batterie est la pierre angulaire de la sécurité du système de batterie. Par des protections multi niveaux, telles que l'isolation, la structure, la chaleur, la surveillance, etc., elle garantit le fonctionnement stable de la batterie dans des conditions de travail complexes, réduit le risque d'incendie, d'explosion ou de choc électrique causé par des pannes électriques, et prolonge en même temps la durée de vie de la batterie et améliore la fiabilité du système.

 Cet article, centré sur la sécurité d'isolation électrique du plateau bac de batterie, expose systématiquement ses principes de conception, les méthodes de vérification des performances de résistance à la pression, ainsi que l'analyse de la cause fondamentale et les stratégies d'amélioration des cas typiques de défaillance, en vue de fournir un soutien théorique et une référence pratique pour la conception de haute sécurité du système de batterie.

Part 1: Design Essentials

 Le cœur de la conception de la sécurité électrique du système de batterie réside dans la trinité « prévention contrôle urgence » : prévenir les pannes par des mesures telles que l'isolation, la connexion fiable, la gestion de la chaleur, etc. ; réaliser le contrôle en temps réel avec l'aide de capteurs et de BMS ; répondre aux situations extrêmes en utilisant des conceptions telles que la prévention du feu, la décompression, etc. Chaque point doit agir en synergie pour garantir la sécurité et la fiabilité du système de batterie tout au long de son cycle de vie, tout en tenant compte de la maintenabilité et de la conformité. Le plateau bac de batterie dans le système de batterie non seulement supporte la structure, mais assume également de multiples fonctions telles que l'isolation électrique, la gestion de la chaleur, l'anti glissement, la protection mécanique, la mise à la terre et la conception modulaire, ce qui est crucial pour garantir la sécurité électrique du système de batterie.  

1-Le support structurel assure la fiabilité de la connexion électrique

Le bac à batterie assure la fiabilité et la sécurité des connexions électriques dans des conditions de travail complexes en fixant les modules de batterie, en réduisant les contraintes mécaniques, en résistant aux vibrations et aux chocs, en maintenant l'alignement et en intégrant la protection de l'environnement et la gestion thermique.

Figure 1 Plateau de batterie

A. Support physique et fixation, assure le positionnement exact des points de connexion électrique (tels que les barres omnibus, les faisceaux de câbles, les connecteurs), évite le mauvais contact causé par la déformation ou le déplacement structurel ; fournit un cadre rigide, fixe les modules de batterie et les pièces de connexion, empêche la desserrage ou la rupture causée par les vibrations ou les chocs.

B.Isolement et protection environnementaux, empêche l'intrusion d'eau vapeur, de poussière, de brouillard salin, etc. par un design d'étanchéité (tels que IP67/IP68), évite le court circuit causé par la corrosion ou l'échec d'isolation ; bloque les chocs mécaniques externes ou les impacts d'objets étrangers, protège les pièces de connexion haute tension.

C. Synergie de la gestion de la chaleur, intègre une structure de dissipation de chaleur (tels que la plaque de refroidissement liquide, le coussin thermoconducteur) pour équilibrer la température, empêche l'oxydation ou le soudage par fusion des points de connexion causés par la surchauffe locale ; réduit les interférences thermiques entre les modules adjacents par un design d'isolation thermique, évite la différence d'expansion des matériaux causée par le gradient de température.

D. Support de la compatibilité électromagnétique (EMC), supprime les interférences électromagnétiques par une couche de blindage métallique ou un revêtement conducteur, protège les lignes de signal basse tension (tels que la ligne de communication BMS) contre les interférences du circuit haute tension.

2-La protection d'isolement crée un environnement d'isolement efficace

La conception d'isolation électrique de la batterie a pour but de construire un environnement capable non seulement d'isoler efficacement l'électricité haute tension, mais aussi de garantir le fonctionnement efficace du système, de sorte que le module de batterie puisse être emballé en toute sécurité dans toutes les conditions de travail, prévenant la libération accidentelle de l'énergie électrique et évitant ainsi les risques électriques potentiels.

A.La structure du plateau bac de batterie tient compte à la fois du support et de la protection par isolation :

l Préférer les matériaux d'aluminium alliage, tels que l'aluminium alliage extrudé, pour réaliser la légèreté tout en maintenant une haute rigidité et une résistance aux chocs. La structure extérieure supporte le poids du système de batterie entier et les chocs externes, utilise des profilés à section fermée pour renforcer la force structurelle, et la structure intérieure est conçue pour supporter les modules de batterie et la plaque de refroidissement à eau, assurant leur stabilité et leurs besoins de dissipation de chaleur.

l Utiliser des matériaux isolants en tant que garnitures ou revêtements pour assurer une bonne isolation électrique entre le module de batterie et le plateau bac, les faisceaux de câbles haute tension doivent avoir un trajet de gestion spécial et une gaine isolante, garantissant la distance d'espacement électrique et la distance de creepage par rapport au plateau bac.

l Utiliser des techniques de soudage avancées telles que le soudage par friction-malaxage, améliorer la force de connexion, en même temps réduire la zone d'influence thermique, éviter la déformation et les fissures potentielles. Pour les parties difficiles à souder, utiliser la connexion par boulons ou le rivetage, combiné avec la colle d'étanchéité, assurer la fiabilité de la connexion mécanique et l'isolation électrique.

l Prendre en compte la modularité lors de la conception, faciliter le remplacement et la maintenance des batteries, sans affecter la stabilité de la structure globale.

Figure 2 Schéma de principe de la distance d'isolement et de fuite dans l'air

B.Points clés de la conception d'isolation haute basse tension :

l Les points de potentiel positif et négatif du système de batterie doivent être isolés du système d'alimentation basse tension et du plateau bac de batterie, assurer une distance d'espacement électrique et une distance de creepage suffisantes entre le circuit haute tension et le circuit de contrôle basse tension, conformément aux normes de sécurité, empêcher la fuite haute tension vers le système basse tension.

l La conception d'isolation haute basse tension doit prendre en compte la compatibilité électromagnétique (EMC), assurer que les mesures d'isolation n'introduisent pas d'interférences, maintenir le fonctionnement stable du système.

l Connexion à haute impédance, les systèmes haute basse sont connectés par une connexion à haute impédance, seulement autorisés à être connectés à la mise à la terre du véhicule (plateau bac de batterie) pour limiter le flux de courant, assurer que la panne du système haute tension ne se propage pas au système basse tension.

l Mesures d'isolation physique, lors de la conception du plateau bac de batterie, on peut disposer les composants haute basse tension dans différentes chambres fermées, réduire l'influence mutuelle par une séparation physique ; utiliser des matériaux isolants en tant que garnitures entre le module de batterie et le plateau bac, tels que des plastiques polymères ou du caoutchouc, pour assurer l'isolation physique et électrique.

l  Prendre en compte la maintenabilité des mesures d'isolation lors de la conception, assurer qu'on peut réaliser la réparation ou le remplacement en toute sécurité lorsqu'il y a besoin.

C.Points clés de la conception de protection par contact :

l Gestion des faisceaux de câbles haute tension : les faisceaux de câbles haute tension doivent être bien enveloppés dans une gaine isolante et gérés de manière ordonnée par des pinces de fixation ou des rainures de conducteur, éviter d'être exposés, réduire le risque de contact direct.

l Cloison de sécurité : installer des cloisons isolantes entre les modules de batterie et entre le module de batterie et la paroi du plateau bac, pour prévenir le risque d'électrochoc indirect causé par la fuite d'électrolyte en cas de dommage de la batterie.

l Encapsulation des composants haute tension : effectuer une encapsulation des composants clés tels que les connecteurs haute tension, les relais, etc., assurer que même à l'intérieur du plateau bac, ces composants ne peuvent pas être touchés directement par accident.

l Design fermé : le plateau bac de batterie est conçu en tant que structure fermée, utilise une coque métallique ou composite, assure que les composants haute tension à l'intérieur ne seront pas exposés, et la coque elle même doit également avoir de bonnes performances d'isolation.

l Mécanisme de verrouillage : pour les points de connexion haute tension pouvant être maintenus, utiliser un mécanisme de verrouillage, assurer qu'ils ne s'ouvrent pas facilement lors d'un opération non professionnelle, réduire le risque de toucher par erreur.

l Application des matériaux isolants : utiliser des matériaux isolants en tant que couche d'isolation entre le plateau bac de batterie et le module de batterie, assurer que même en cas de dommage du plateau bac, on peut empêcher le contact direct du corps humain avec la partie sous tension. Ces matériaux comprennent, mais ne sont pas limités à, les plastiques polymères, les rondelles de caoutchouc ou les revêtements.

3-Conception des identifications électriques

 Les identifications électriques du plateau bac de batterie peuvent non seulement améliorer la sécurité des opérations, mais aussi simplifier le processus de maintenance, réduire le risque d'opérations erronées.

A.Identification claire

l Marquer clairement des avertissements tels que « Danger haute tension », « Ne pas toucher » sur le plateau bac de batterie et les composants haute tension environnants, assurer qu'ils peuvent être rapidement identifiés même en cas d'urgence.

l Utiliser le codage de couleur internationalement reconnu, par exemple, utiliser le rouge ou l'orange pour identifier la zone haute tension, le bleu pour représenter le courant continu, pour distinguer intuitivement les différentes caractéristiques électriques.

l Appliquer des symboles de sécurité électrique standardisés, tels que les symboles graphiques dans l'IEC 60417, pour représenter la haute tension, la mise à la terre, les points de coupure d'alimentation, etc., assurer la compréhensibilité mondiale des informations.

l Inclure le numéro de série, la date de production et l'information de lot du plateau bac de batterie, faciliter le suivi et la gestion du rappel.

l Sélectionner des matériaux et des techniques d'impression résistants à l'usure et à la corrosion, assurer que les identifications restent claires et lisibles tout au long du cycle de vie du plateau bac de batterie.

B.Avertissements d'identification

l Identifier clairement le danger haute tension sur le plateau bac de batterie et dans la région environnante, rappeler aux techniciens de maintenance d'attacher attention à la sécurité électrique et de respecter les procédures d'opération.

l Indiquer la distance de sécurité d'opération, en particulier près des connecteurs haute tension et des conducteurs nus, rappeler de maintenir une distance appropriée.

C.Guide d'opération

l Marquer clairement la position de mise à la terre du système de batterie et du plateau bac, assurer la mise en œuvre correcte des mesures de mise à la terre.

l Identifier les points de test en sécurité et les points d'accès de maintenance, ces points doivent être conçus en tant que points d'opération sous basse tension ou non sous tension.

l On peut également énumérer brièvement les opérations de base et les guides de sécurité dans la région non critique du plateau bac, guider le processus d'opération correct.

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