随着新能源汽车和储能技术的快速发展，电池系统作为核心能量载体，其安全性与可靠性备受关注。电池托盘作为电池模组的承载与防护结构，其电气绝缘性能直接关系到整车的安全运行、电池寿命及用户人身安全。电池托盘的电安全设计是电池系统安全性的基石，通过多层次防护，如：绝缘、结构、热、监测等，在复杂工况下保障电池稳定运行，降低因电气故障引发的火灾、爆炸或触电风险，同时延长电池寿命并提升系统可靠性。

本文围绕电池托盘的电气绝缘安全，系统阐述其设计原则、耐压性能的验证方法，以及典型失效案例的根因分析与改进策略，以期为电池系统的高安全设计提供理论支撑与实践参考。

上篇-设计要点

电池系统的电安全设计的核心在于“预防-控制-应急”三位一体：通过绝缘隔离、可靠连接、热管理等措施预防故障；借助传感器和BMS实现实时控制；利用防火、泄压等设计应对极端情况。各要点需协同作用，确保电池系统在全生命周期内的安全可靠，同时兼顾可维护性与合规性。电池托盘在电池系统中不仅是结构支撑，还承担电气隔离、热管理、防滑、机械保护、接地和模块化设计等多重功能，对保障电池系统的电气安全至关重要。

1-结构支撑确保电气连接可靠性

电池托盘通过固定电池模块、减少机械应力、抗振抗冲击、保持对齐、环境防护和热管理集成等，确保在复杂工况下电气连接的可靠性和安全性。

图1  电池托盘

A.物理支撑与固定,确保电气连接点（如汇流排、线束、接插件）的精确对位，避免因结构变形或位移导致的接触不良;提供刚性框架，固定电池模组和连接件，防止振动或冲击引起的松脱或断裂。

B.环境隔离与防护,通过密封设计（如IP67/IP68）防止水汽、灰尘、盐雾等侵入，避免腐蚀或绝缘失效导致的短路;阻隔外部机械冲击或异物撞击，保护高压连接部件。

C.热管理协同,集成散热结构（如液冷板、导热垫）均衡温度，防止局部过热导致连接点氧化或熔焊;通过隔热设计减少相邻模组间的热干扰，避免温度梯度引发的材料膨胀差异。

D.电磁兼容（EMC）支持,通过金属屏蔽层或导电涂层抑制电磁干扰，保护低压信号线路（如BMS通信线）免受高压回路干扰。

2-隔离防护构建高效隔离环境

电池电气隔离设计重点在于构建一个既能有效隔绝高压电、又能确保系统高效运行的环境，确保电池模块在任何工况下都能被安全地封装，防止电气能量意外释放，从而规避潜在的电气风险。

A.电池托盘结构兼顾承载和隔离防护：

l 优选铝合金材料，如挤压铝合金，以实现轻量化同时保持高刚性和抗冲击性，外框以承受整个电池系统的重量和外部冲击，采用封闭截面型材增强结构强度，内框设计用于支撑电池模组和水冷板等，确保它们的稳定性和散热需求。

l 使用绝缘材料作为衬垫或涂层，确保电池模块与托盘之间有良好的电气隔离，高压线束应有专门的管理路径和绝缘护套，保证与托盘的电气间隙和爬电距离。

l 采用搅拌摩擦焊等先进焊接技术，提高连接强度，同时减少热影响区，避免变形和潜在的裂纹，对于不便焊接的部分，使用螺栓连接或铆接，结合密封胶，确保机械连接的可靠性和电气隔离。

l 设计时考虑模块化，便于电池的更换和维护，同时不影响整体结构的稳定性。

图2  电气间隙与爬电距离示意

B.高低压隔离设计要点：

l 电池系统的正负点位必须与低压供电系统隔离，并且与电池托盘隔离，确保高压电路与低压控制电路之间有足够的电气间隙和爬电距离，以符合安全标准，防止高压泄露至低压系统

l 高低压隔离设计需考虑电磁兼容（EMC），确保隔离措施不会引入干扰，保持系统稳定运行。

l 高阻抗连接，高低系统之间通过高阻抗连接，只允许接到车身接地（电池托盘）以限制电流流动，确保高压系统故障蔓延至低压系统。

l 物理隔离措施，设计电池托盘时，可以将高压和低压组件布置在不同的封闭腔室内，通过物理分隔减少相互影响；在电池模组与托盘之间使用绝缘材料作为衬垫，如高分子塑料或橡胶，以确保物理和电气上的隔离。

l 设计时考虑隔离措施的可维护性，确保在需要时能够安全地进行维修或更换。

C.接触防护设计要点：

l 高压线束管理：高压线束应被妥善包裹在绝缘护套内，并通过固定夹或导线槽进行有序管理，避免裸露，减少直接接触的风险。

l 安全隔板：在电池模组之间和电池模组与托盘壁之间设置绝缘隔板，以防止在电池损坏时电解液泄露导致的间接电击风险。

l 高压部件封装：对高压连接器、继电器等关键部件进行封装处理，确保即使在托盘内部，这些部件也不会因意外而被直接触及。

l 封闭式设计：电池托盘整体设计为封闭结构，使用金属或复合材料外壳，确保内部高压组件不会外露，同时外壳本身也需具备良好的绝缘性能。

l 锁定机制：对于可维护的高压连接点，采用锁定机制，确保在非专业操作时不会轻易打开，减少误触风险。

l 绝缘材料应用：使用绝缘材料作为电池托盘与电池模块之间的隔离层，确保即使在托盘受损的情况下，也能防止人体直接接触带电部分。这些材料包括但不限于高分子塑料、橡胶垫片或涂层。

3-电气标识设计

电池托盘的电气标识不仅能够提升操作的安全性，还能简化维护流程，减少错误操作的风险。

A.明确标识

l 在电池托盘及周边高压组件上清晰标注“高压危险”、“勿接触”等警告标识，确保即使在紧急情况下也能快速识别。

l 使用国际通用的颜色编码，如红色或橙色标识高压区域，蓝色代表直流电，以直观区分不同电气特性。

l 应用标准化的电气安全符号，如IEC 60417中的图形符号，来表示高压、接地、断电点等，确保信息的全球可理解性。

l 包含电池托盘的序列号、生产日期和批次信息，便于追踪和召回管理。

l 选用耐磨损、耐腐蚀的材料和印刷技术，确保标识在电池托盘的整个生命周期内保持清晰可读。

B.警告标识

l 在电池托盘及周边区域明确标识高压危险，提醒维修人员注意电气安全，遵守操作规程。

l 指示安全操作距离，尤其是在高压连接器和裸露导体附近，提醒保持适当距离。

C.操作指引

l 明确标出电池系统和托盘的接地位置，确保正确实施接地措施。

l 标识出安全的测试点和维护接入点，这些点应设计为低电压或非带电状态下的操作点。

l 可以在托盘的非关键区域简要列出基本操作和安全指南，引导正确操作流程。

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