摘要:在新能源汽车产业快速发展背景下，动力电池组作为核心能量源，其电气安全直接决定整车运行可靠性，而高低压配电系统作为动力电池组与整车用电单元的连接枢纽，其集成设计的合理性对安全防护效果具有关键影响。当前，传统高低压配电分离式架构存在协同防护能力弱、故障响应滞后等问题，难以应对动力电池组充放电过程中的电压波动、电流冲击等安全风险。本文以高低压配电集成设计为核心，结合机电控制工程技术，从防护体系架构构建、关键防护环节设计、机电控制策略优化三个维度，探究动力电池组电气安全防护路径。研究表明，通过构建“硬件防护-软件控制-状态监测”一体化集成体系，优化过压、过流及绝缘故障的机电控制工程策略，可显著提升动力电池组电气安全防护的精准性与时效性，为新能源汽车电气系统安全设计提供理论支撑。

关键词：高低压配电集成；动力电池组；电气安全防护；机电控制工程；防护体系

一、引言

随着新能源汽车向高续航、高功率方向发展，动力电池组容量与电压等级持续提升，其运行过程中的电气安全风险随之增加，过压、过流、绝缘失效等故障不仅会导致电池性能衰减，更可能引发热失控等严重安全事故。高低压配电系统作为动力电池组能量传输与分配的核心载体，传统分离式设计中高压配电负责能量输送、低压配电负责信号控制，二者缺乏协同防护机制，导致故障发生时无法快速联动响应，安全防护存在“断点”。此外，随着快充技术的普及与多电合一架构的推广，动力电池组与高低压配电系统的耦合关系愈发紧密，传统分离式架构下的防护逻辑更难适配复杂的能量交互场景，进一步凸显了集成化防护体系构建的紧迫性。

机电控制工程技术作为实现电气系统精准调控的关键手段，其在动力电池组安全防护中的应用已成为研究热点，但现有成果多聚焦单一故障的机电控制策略，未能与高低压配电集成架构深度融合，难以形成系统性防护能力。在此背景下，基于高低压配电集成设计构建动力电池组电气安全防护体系，优化机电控制工程策略，既是解决当前安全防护痛点的必然要求，也是推动新能源汽车电气系统向集成化、智能化发展的重要路径，对提升整车安全性能具有重要现实意义。

二、基于高低压配电集成的动力电池组电气安全防护体系架构构建

2.1 集成化防护体系的核心设计原则

高低压配电集成背景下的动力电池组电气安全防护体系，需遵循“协同联动、分层防护、精准响应”三大核心原则。协同联动原则要求打破高压配电与低压配电的功能壁垒，建立二者之间的信息交互与机电控制联动机制，确保高压侧出现过压、过流等故障时，低压侧机电控制单元能实时接收信号并触发保护动作；分层防护原则需根据动力电池组不同运行场景，划分“电池单体-电池模组-配电系统”三级防护层级，每个层级匹配对应的硬件防护装置与机电控制软件逻辑，形成层层递进的防护网络；精准响应原则强调结合机电控制工程技术，通过实时采集配电系统电压、电流、绝缘电阻等参数，精准识别故障类型与位置，避免传统防护中“一刀切”式的保护动作导致的功能中断，平衡安全性与运行连续性。同时，精准响应原则还需考虑不同工况下的防护优先级，例如车辆行驶过程中需优先保障动力输出连续性，而充电过程中则需将绝缘安全置于首位，通过动态调整机电防护控制逻辑适配场景需求。

2.2 集成化防护体系的关键组成模块

基于高低压配电集成的防护体系主要包含三大关键模块。一是高低压集成配电模块，该模块整合高压接触器、熔断器、低压继电器等机电元件，通过一体化布局减少线路损耗与连接节点，降低接触不良引发的安全风险，同时内置信号采集单元，实现对高低压回路运行参数的同步监测；二是安全防护执行模块，涵盖过压保护器、过流断路器、绝缘监测装置等硬件设备，可根据机电控制单元指令快速切断故障回路，其中高压侧过压保护需与电池管理系统协同，低压侧过流保护需关联整车机电控制器，确保保护动作的协调性；三是信息交互与机电控制模块，该模块作为防护体系的“大脑”，通过CAN 总线实现高低压配电模块、安全防护执行模块与电池管理系统、整车机电控制器的数据交互，依托机电控制工程算法对采集的参数进行分析，判断是否触发保护动作，并记录故障信息用于后续诊断。

三、基于高低压配电集成的机电控制工程策略优化

3.1 故障识别与诊断策略优化

故障识别与诊断是机电控制工程策略的核心环节，需结合高低压配电集成的参数监测优势，优化诊断算法以提升故障识别精度与速度。针对动力电池组常见的过压故障，通过实时采集高压配电回路电压信号，采用滑动平均滤波算法消除信号噪声，再结合电压变化率分析，区分正常充放电导致的电压波动与异常过压，避免误触发保护；对于过流故障，引入电流有效值计算与趋势预测算法，通过对比实时电流与额定电流阈值，同时预测短期电流变化趋势，提前预判过流风险并触发预警；针对绝缘故障，采用平衡电桥法与信号注入法相结合的诊断方式，同步监测高低压回路绝缘电阻，通过低压侧机电控制单元对高压侧绝缘状态的间接监测，弥补传统单一高压绝缘监测的局限性，确保绝缘故障无遗漏。

3.2 保护动作与恢复控制策略优化

保护动作与恢复控制策略的优化需兼顾安全性与运行稳定性，避免过度保护或保护不及时。在保护动作策略方面，根据故障严重程度划分“预警-降级-切断”三级响应机制：轻微故障时仅通过低压侧机电控制单元发出预警信号，提醒驾驶员注意运行状态；中度故障时触发降级控制，通过调整高压配电回路输出功率，降低电池组负荷；严重故障时则立即切断高压接触器，同时低压侧机电控制单元切断相关辅助用电设备，防止故障扩大。在恢复控制策略方面，引入故障复位逻辑判断算法，当故障排除后，机电控制单元需先检测高低压配电回路参数是否恢复正常，再逐步恢复供电，避免直接恢复导致的电流冲击，同时记录故障恢复过程数据，为后续机电防护策略优化提供依据。

四、结语

基于高低压配电集成构建动力电池组电气安全防护体系并优化机电控制工程策略，是应对新能源汽车动力电池安全风险的有效路径。本文通过明确集成化防护体系的设计原则与组成模块，优化故障识别、保护动作等机电控制工程策略，为动力电池组电气安全防护提供了系统性方案。该体系打破了传统高低压配电分离式防护的局限，通过协同联动提升了安全防护的时效性与精准性，机电控制工程策略的优化则进一步平衡了安全性与运行连续性。

未来研究可进一步探索人工智能算法在故障预测中的应用，结合高低压配电集成监测的海量数据，构建故障预测模型实现提前预警；同时，可针对不同车型的配电需求，研究防护体系与机电控制策略的个性化适配方案，推动该技术在新能源汽车领域的广泛应用，为产业安全发展提供更坚实的技术支撑。

参考文献

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