電動汽車絕緣電阻測量方法仿真與試驗分析

楊剛，尚志誠，鐘欣

（1.重慶車輛檢測研究院有限公司 國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，重慶 401122；2.電動汽車安全評價重慶市工業(yè)和信息化重點實驗室，重慶 401122）

引言

隨著近幾年新能源汽車的快速發(fā)展，關(guān)于新能源的安全評價也被廣泛關(guān)注，而絕緣電阻測試是衡量電動汽車充電安全的重要指標(biāo)，是國內(nèi)新能源汽車法規(guī)中強制性檢測內(nèi)容。

針對現(xiàn)有對絕緣電阻測試的研究都是從理論上分析[1-2]，難以從數(shù)據(jù)中直觀地看到計算方法的差異性和影響因素，而設(shè)計測試計算界面不考慮計算方法的誤差[3]，會造成最終計算結(jié)果的不準(zhǔn)確。本文提出基于Simscape建立仿真模型，分析絕緣電阻測試和計算方法的準(zhǔn)確性，最后用實驗驗證了仿真分析的準(zhǔn)確性，為絕緣電阻測試提供參考。

1 絕緣電阻測試原理及仿真分析

1.1 絕緣電阻測試原理

標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18384[4]中給出了絕緣電阻的測試原理，首先分別測量REESS的兩端與電平臺之間的電壓，電壓較高的一端定義為U1，電壓較低的一端定義為U1’，原理圖如圖1（a）所示，相應(yīng)的兩個絕緣電阻分別定義為Ri1和Ri2；然后在Ri1上并聯(lián)一個電阻R0，再一次測量兩端電壓，分別為U2和U2’，原理圖如圖1（b）所示。

圖1 絕緣電阻的測量

利用歐姆定律求解圖1，可得到表達式：

結(jié)合式（1）和（2），求得絕緣電阻Ri2的計算公式（3）：

1.2 單電壓表測試法

絕緣電阻的測試方法有單表法和雙表法，單表法是用一個萬用表分別測試試驗所需的電壓值。為了模擬真實測量和計算絕緣電阻的過程，采用Simscape建立仿真模型，限于篇幅，此處僅給出U1的測試仿真模型如圖2所示，仿真參數(shù)如表1所示。為了仿真能體現(xiàn)實際絕緣電阻較多值，Ri1在10 S內(nèi)線性的從0.2 MΩ上升到20 MΩ，Ri2在10 S內(nèi)線性的從0.1 MΩ上升到10 MΩ。

表1 仿真參數(shù)

運行仿真模型，將得到的各電壓值用于計算絕緣電阻Ri2，按照公式（3）和公式（4）分別計算的結(jié)果和仿真給的Ri2作對比，得到的結(jié)果如圖3所示。

從圖3中可知，當(dāng)Ri1和Ri2較少時，公式（3）計算值是準(zhǔn)確的，隨著Ri1和Ri2越大，計算結(jié)果準(zhǔn)確度越低，而公式（4）計算所有結(jié)果都偏差較大。為了分析原因，將U1和U1’的值進行分析，見圖 4所示，可知這兩個值隨著電阻值的增大，兩個電壓值的比值已經(jīng)不是 2，且兩個值相加和總電壓UREESS相差較大。這是由于當(dāng)電阻Ri1和Ri2值逐漸增大時，電壓表的內(nèi)阻值不可忽略，所以計算不準(zhǔn)確，需要把電壓表內(nèi)阻對試驗結(jié)果的影響去掉。

圖2 單表法仿真模型

圖3 單表法絕緣電阻值對比圖

圖4 單表法U1和U1’值

1.3 雙電壓表測試法

為了在絕緣電阻值較大時消除電壓表內(nèi)阻的影響，利用雙標(biāo)法進行測試。雙表法是利用兩個電壓表同時并聯(lián)電路中，同時測得U1和U1’值，然后在Ri1上并聯(lián)電阻R0，再一次同時測量兩端電壓U2和U2’。 利用Simscape建立仿真模型，限于篇幅，此處僅給出U2和U2’值的測試仿真模型如圖5所示，其中仿真參數(shù)用表1中參數(shù)。

圖5 雙表法仿真模型

按照絕緣電阻的計算公式一和公式二進行計算都是沒有考慮電壓表內(nèi)阻的因素，所以按照圖5仿真結(jié)果進行仿真時，需要去掉電壓表內(nèi)阻的影響。并聯(lián)電阻的計算公式見下式：

先由圖5仿真模型并結(jié)合式（4）計算R，再結(jié)合式（5）計算得到Ri2，雙表法計算絕緣電阻和實際值進行比較如圖6所示。計算結(jié)果與實際值是無誤差的，證明雙表法計算絕緣電阻的準(zhǔn)確性。其中將U1和U1’的值進行分析，見圖 7所示，兩者之和一直等于總電壓UREESS，也能說明電壓的準(zhǔn)確性。

圖6 雙表法絕緣電阻值對比圖

圖7 雙表法U1和U1’值

2 測試方法試驗驗證

為了驗證雙表法計算絕緣電阻的準(zhǔn)確性，用某國產(chǎn)電動客車先在重慶機動車強檢試驗場進行涉水試驗，車輛在 30 cm水深的水池中，以5 km/h的速度行駛5 min，完成涉水試驗后進行絕緣電阻的檢測和計算，測試試驗如圖8所示。

測試車輛的總電壓參數(shù)值為UREESS為451 V，并聯(lián)的電阻R0為0.1 MΩ，電壓表內(nèi)阻為10.9 MΩ，利用單表法和雙表法進行計算結(jié)果如表2所示。由表可知，單表法U1和U1’之和不等于總電壓，會造成絕緣電阻的計算誤差，而雙表法測得的電壓是準(zhǔn)確的，和仿真是一致的。

圖8 測試試驗

表2 試驗測試結(jié)果

3 結(jié)論

本文分析電動汽車絕緣電阻的測試方法，針對單表法和雙表法計算絕緣電阻進行了公式推導(dǎo)，基于Simscape建立了兩種方法的仿真模型。分析仿真結(jié)果，可知單表法受到電壓表內(nèi)阻的影響，而雙表法能準(zhǔn)確計算絕緣電阻值，最后用實驗驗證了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。