高壓絕緣電阻監(jiān)測應用技術分析

馮志強 王旭文 紀輝 馬嘉 李君

摘 要：在高壓直流系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)，就需要應用高壓絕緣監(jiān)測系統(tǒng)進行診斷。雖然在當前，我國對高壓絕緣的監(jiān)測還不是強制性要求的體制，但是交流高壓絕緣、直流高壓電阻的同時在線監(jiān)測應用技術會成為一種必然的發(fā)展趨勢。本文就從高壓回路以及混合動力控制原理的角度，探討分析高壓絕緣電阻的監(jiān)測應用技術。

關鍵詞：高壓絕緣電阻；監(jiān)測；技術

電動汽車和油電混合動力汽車的主要部件（電動機、直流電母、發(fā)電機、動力電池以及輔助電池充電裝置等），長期在較為惡劣的條件下工作運行，這些部件不僅與高壓電氣絕緣問題有關，在氣候溫濕度變化以及振動變化的情況下，均有可能出現(xiàn)動力電纜，和其他絕緣材料的快速老化，大大削弱了絕緣功能強度。這樣的情況對駕駛員和乘車人員的人身安全均有危及，且對車輛控制器和低壓電器的正常工作也有影響。所以本文以一款混合動力車來探討分析高壓絕緣電阻監(jiān)測的應用技術。

一、高壓絕緣電阻

電動汽車和油電混合動力汽車的高壓電氣系統(tǒng)，是利用負極引線電纜、正極引線電纜來對地盤絕緣電阻進行監(jiān)測的（電動車和混合動力車的高壓系統(tǒng)是與地盤封閉且絕緣的電力系統(tǒng)），并以此來反應電氣系統(tǒng)的絕緣性強弱。絕緣電阻的在線監(jiān)測中，混合動力系統(tǒng)控制高壓與車輛底盤間的絕緣電阻。在高壓通過特定電阻量和車輛底盤絕緣的情況下，能避免潛在構成危險的電流通道，混合動力系統(tǒng)將會對高壓泄露到車底盤監(jiān)測到的情況進行故障診斷碼的設置。另外，電池能量控制模塊和電機控制模塊將會對高壓直流與底盤之間的絕緣狀態(tài)進行監(jiān)測。

二、混合動力控制系統(tǒng)和主要功能部件簡介

（一）位于混合動力電池總成內的電池能量控制模塊，也叫作驅動電機電池控制模塊。在電池能量控制模塊中有幾個系統(tǒng)需要進行監(jiān)控，以保持適當?shù)某潆娝健＿@幾個系統(tǒng)主要有電流測量、混合動力電池電壓測量以及高壓互鎖環(huán)路系統(tǒng)等；

（二）包含在驅動電機發(fā)電機電源逆變器模塊內的混合動力系統(tǒng)控制模塊，是混合動力操作的主要控制器。這一模塊的主要作用是對混合動力操作模式的執(zhí)行進行確定。比如對發(fā)動機的自動停止以及再生制動。將蓄電池能量控制模塊與動力總成控制模塊聯(lián)合，能對禁用和啟用高壓直流高壓電路進行確定；

（三）由電池能量控制模板、混合動力電池組、通風風扇以及高壓接觸器、電流限制接觸器等部件組成蓄電池組；

（四）由兩個電機控制模塊、混合動力控制模塊以及輔助設備電源模塊組成的驅動電機發(fā)電機電源逆變器模塊總成。將高壓直流電源轉換為三相交流電源則是需要驅動電機發(fā)電機電源逆變器執(zhí)行。其中各個電機控制模塊分別對各自的電機發(fā)電機進行控制；

（五）根據(jù)混合動力系統(tǒng)控制模塊，電機控制指令驅動相應的電機發(fā)電機，是電機控制模塊A、B的功能。電機控制模塊按照順序對高電流晶體管進行切換，是電機控制模塊控制電機方向、速度以及扭矩輸出的方法，也叫絕緣門雙極晶體管。

三、高壓絕緣電阻監(jiān)測應用技術討論

（一）混合動力高壓控制基本原理

在混合動力電池中，包括一定數(shù)量單獨的電池模塊，也叫驅動電機發(fā)電機電池。各個電池模塊的額定電壓（7伏）直流電串聯(lián)在一起，輸出的電壓大概在300伏左右。當負極電線和正極電線的總成顏色呈現(xiàn)橙色時，表示高壓電池有高壓。通過高壓直流電線從車底對驅動電機發(fā)電機電源逆變模塊的也是直流電壓。

正高壓、負高壓以及電流限制接觸器構成三個接觸器。接觸器讓車輛和高壓直流電池相連接，或者將直流高壓安全地限制在混合動力電池總成內；另外將繼電器和繼電器殼接地連接是采用電線來進行電路控制的。放掉電容器內存儲的電能是采用的包含電阻電路和電容器的驅動電機大電機電源逆變器模塊進行的。當高壓接觸器處于開路狀態(tài)時，內部電阻電路的高壓正極、負極電路就會由混合動力系統(tǒng)控制模塊連接。

（二）驅動電機發(fā)電機蓄電池的每個桿上與由高壓直流電纜驅動電機發(fā)電機控制模塊總成連接。正極和負極高壓直流電蓄電池桿與車輛底盤之間通過一定的電阻量進行絕緣，驅動電機發(fā)電機蓄電池總成內的高電流、高壓接觸器打開、關閉中包含高壓直流電纜。高壓負極電路和高壓正極電路底盤接地間的電阻，由使用交流電監(jiān)測方法的電池能量控制模塊進行比較。由電池能量控制模塊來對300伏高壓直流絕緣狀態(tài)進行確定。監(jiān)測電池能量控制模板是否處于絕緣狀態(tài)，是在高壓負極接觸器打開和點火關閉后進行的。

（三）通過三條電纜將電機發(fā)電機與驅動電機發(fā)電機電源逆變器模塊總成相連接，成為三相交流電流。由混合動力系統(tǒng)控制模塊來確定300伏三相交流電流的絕緣狀態(tài)。對高壓負極電路、高壓正極電路和底盤接地間的電阻比較，則是通過使用直流電監(jiān)測方法的混合動力系統(tǒng)控制模板來進行。

（四）混合動力控制模板在沒有辦法確認底盤與高壓總線之間是否完全絕緣的時候，該系統(tǒng)模板就會將高壓交流狀態(tài)設定為未定。（1）在執(zhí)行初始監(jiān)測的時候，高壓接觸器處于斷開狀態(tài)；（2）混合動力系統(tǒng)控制模板在執(zhí)行絕緣測試之后，會確定高壓絕緣狀態(tài)的失敗或者成功。混合動力系統(tǒng)控制模塊決定高壓絕緣的狀態(tài)，主要是根據(jù)被動監(jiān)測、主動監(jiān)測的結果進行。

四、總結語

油電混合動力汽車或者電動汽車的主要部件中包含了電動機、發(fā)電機以及動力電池等裝置，而這些部件的工作條件較為惡劣，會出現(xiàn)高壓電氣的絕緣問題，有很大可能會造成動力電纜或者其他絕緣材料的迅速老化，從而降低絕緣強度，危及駕駛員的安全。本文對高壓絕緣電阻監(jiān)測應用技術的分析，主要是從混合動力控制原理、高壓回路等方面進行的。明確分析了在混合動力控制系統(tǒng)中，被動監(jiān)測、主動監(jiān)測兩種方法能在高壓絕緣在線監(jiān)測中同時應用，并能對高壓絕緣有沒有減弱或流失進行及時準確的判斷。

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