高壓動力電池系統(tǒng)的絕緣檢測分析

周德懷

摘 要：新能源電動汽車是現(xiàn)代社會的重要交通工具，而高壓動力電池系統(tǒng)是新能源電動汽車的三電系統(tǒng)之一，為電動汽車提供電能的吸收、存儲和供應(yīng)，在電動汽車啟動、運行及停止的過程中都有可能發(fā)生各種安全問題，當(dāng)絕緣失效時會造成高壓對人體的直接傷害，并關(guān)系到人員生命，因此絕緣電阻的檢測是至關(guān)重要的設(shè)計環(huán)節(jié)，為保證高壓動力電池系統(tǒng)的安全運行，需要對電池系統(tǒng)進行全面的安全管理。通過BMS電池管理系統(tǒng)對電動汽車高壓動力電池系統(tǒng)進行實時絕緣監(jiān)測，達到保護動力電池系統(tǒng)無故障運行，從而保證人身設(shè)備安全。

關(guān)鍵詞：純電動汽車;高壓電池系統(tǒng);BMS電池管理系統(tǒng);絕緣監(jiān)測;絕緣電阻;檢測方法

1 問題提出

1.1 絕緣監(jiān)測作用

正常運行情況下，高壓動力電池系統(tǒng)是一個獨立的系統(tǒng)，對車輛殼體是完全絕緣的，但是不排除由于車輛長時間運行后高壓線老化或受潮導(dǎo)致的絕緣降低而使得車身帶電，而且車輛工況復(fù)雜，振動、溫度和濕度的急劇變化，酸堿氣體的腐蝕等都會引起電芯模組絕緣層的損壞，使得絕緣性能下降，實時監(jiān)測絕緣性能對保證人員人身安全和車輛安全運行具有重要意義。

1.2 傳統(tǒng)絕緣監(jiān)測方法

第一步：用萬用表測量電池正極對外殼的電壓V正：

第二步：用萬用表測量電池負極對外殼的電壓V負：

第三步：比較測量的電池電壓V正和V負，如果V+大于V-，選擇電壓大的進行下一步測試：

第四步：選擇電壓大的用萬用表測量電池正極對外殼的電壓V1：

第五步：選擇電壓大的，在萬用表筆間并150KΩ電阻測量電池正極對外殼的電壓V2：

第六步：計算：

第七步：舉例：

1.3 傳統(tǒng)測試方法存在的問題

目前該方法在測量電阻上的電壓時，由于萬用表內(nèi)部有內(nèi)阻，內(nèi)阻對電路有分流作用，電壓測量存在誤差，因此要求萬用表的內(nèi)阻必須很高，這樣才能減小誤差，在實際測量中，一般要求萬用表內(nèi)阻至少為10MΩ。另外，該方法屬間接測量，會產(chǎn)生間接誤差，誤差的計算在實際應(yīng)用中需要考慮進去。

2 解決方案

2.1 解決依據(jù)

在GB/T 18384.3-2015人員觸電防護標(biāo)準(zhǔn)中，定義了最大工作電壓小于等于60V的電力組件為A級電壓等級，最大工作電壓大于60V的電力組件為B級電壓等級，對于B級電力組件必須滿足其有足夠的絕緣電阻（Ri≥（Vb*500 Ω/V））。

在GB/T 18384.1-2015車載可充電儲能系統(tǒng)中規(guī)定BMS需要對動力電池系統(tǒng)所有部件集成完畢的狀態(tài)下進行絕緣檢測，且采用絕緣電阻阻值來衡量絕緣狀態(tài)。絕緣電阻可分為總正對地和總負對地，衡量系統(tǒng)絕緣狀態(tài)Ri一般取兩者之間的最小值。

2.2 解決方案

一般有兩種絕緣檢測方式：一是信號注入法，另一種是電阻測量法。信號注入是對電池系統(tǒng)注入一定頻率的直流電壓信號，測量反饋的直流信號計算絕緣電阻，注入的信號對電池系統(tǒng)會產(chǎn)生紋波干擾，影響系統(tǒng)正常工作;而電阻測量法采用外接電阻，測量精度相對較低，需要考慮檢測精度，而且長時間接入測量電阻，降低了系統(tǒng)絕緣性，增加了電池損耗。

為了解決上述問題，在GB/T18384.1-2015的5.1.3節(jié)提供了另一種測量方法，是目前比較常用的組端電壓采集和絕緣電阻采集電路復(fù)用方式，當(dāng)組端電壓采集正常情況下，也可計算出組端絕緣電阻和漏電電流值，有效避免長時間接入測量電阻造成絕緣降低及電池損耗（具體原理圖如下）：該方法可實時檢測高達900V動力電池系統(tǒng)母線的絕緣狀態(tài)，可迅速在線檢測動電電池系統(tǒng)單極接地，雙極接地，中間接地等漏電故障，通過分析對比及仿真測試，加強強弱電之間絕緣設(shè)計，有力保障電池在分布式高壓場合使用的安全性，為電動汽車動力電池系統(tǒng)故障診斷提供一定幫助。

3 總結(jié)

對絕緣電阻故障采用的相關(guān)檢測電路進行分析，并集成到BMS電池管理系統(tǒng)中，有效的保護電池過充、過放、過溫、過流、絕緣監(jiān)測等問題，提升單體電池成組后的安全、壽命、放電等性能，同時可避免長時間、高倍率充放電狀況下導(dǎo)致的單體電池不平衡、溫度分布不均勻而產(chǎn)生的模塊間不平衡等問題，保護動力電池在全生命周期下安全、高效使用壽命達到十年免維護。

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