電動汽車蓄電池的絕緣檢測

代琪琪 杜明星 魏克新

（天津理工大學，天津 300384）

電動汽車運行時動力電源采用多組蓄電池串聯(lián)實現(xiàn)，其總電壓較高，一般在100～500V范圍內(nèi)。較高的工作電壓對車載高電壓系統(tǒng)與車輛底盤之間的絕緣性能提出了更高的要求。而車上工作條件比較惡劣，酸堿氣體的腐蝕、溫度的變化以及濕度的變化，都有可能造成高壓電纜線絕緣介質(zhì)老化甚至絕緣破損，導致高電壓電路和車輛底盤之間的絕緣性能下降。蓄電池組正、負極引線構成漏電流回路，使底盤電位升高，對司乘安全造成危害，并且會影響汽車低壓電氣正常工作。因此，實時檢測蓄電池組相對車輛底盤的絕緣性能對車輛的安全運行具有重要意義。

1 絕緣電阻檢測方法

本文利用雙邊切換電阻的方法，通過檢測電源總正與車身、電源總負與車身之間的電阻，判斷汽車絕緣性能是否符合要求。絕緣電阻檢測原理如圖1所示。

圖1 絕緣電阻測量原理

圖1 中，RP和RN分別表示假設的電源正負母線對車身殼體的絕緣電阻，UP和UN分別表示電源正負母線與車身殼體之間的電壓，UR和URL分別表示電阻R和RL兩端的分壓，R1、R2、R3、R4、R和RL為已知阻值的電阻。設開關S打開時正負母線對地電壓為UP1、UN1，S閉合時正負母線對地電壓為UP2、UN2。

根據(jù)基爾霍夫電路定律，當S打開時，有：

當S閉合時，R1被短路，有：

由于R和RL的電阻遠小于R1、R2、R3、R4，求解時可暫時忽略，并且R1=R2=R3=R4。根據(jù)串聯(lián)電阻分壓原理，當開關S打開時，有：

當S閉合時，有：

根據(jù)式（1）～式（6）即可求得絕緣電阻RN和RP的阻值。

2 絕緣檢測電路的參數(shù)選取

由于電池組總壓范圍在300～500V，所以必須配置相應的分壓電路，將高壓信號轉變?yōu)椴罘址糯笃鰽D8216的電流檢測通道所能檢測的毫伏級的電壓模擬信號。由于差分放大器AD8216許可的電壓測量范圍為±800mV，對于電流檢測通道取一定的裕量為500mV，得分壓電路的分壓系數(shù)為：500mV/500V=1/1000。

在分壓電阻的選取上，人們必須考慮以下幾點因素：盡量不影響整車原有的絕緣性能；盡量減少電阻損耗；保證檢測精度。權衡以上幾點，并且考慮國標中對電壓檢測儀器阻抗的要求和AD8216正常可靠工作的要求，選取R=RL=500Ω。

設RTotal=R1+R2+R或RTotal=R3+R4+RL。分壓電路分壓系數(shù)的關系式如式（13）所示。

由式（13）可得，RTotal=0.5MΩ。

功率的計算公式為：

取U=500V，將數(shù)據(jù)代入式（12）可得，RTotal的功率P=0.5W。

綜上所述，R1、R2、R3、R4選擇電阻值250kΩ，功率選擇1W，耐壓值大于900V，R=RL=500Ω。

3 試驗驗證與分析

驗證方法：在系統(tǒng)運行中通過人為地向正負母線間并入一系列標準電阻，模擬絕緣電阻進行測試，檢查模塊能否正確地進行故障報警，從而驗證絕緣檢測的實測效果。

根據(jù)國際電動車絕緣標準，將絕緣等級分為三級，如表1所示。測試所用電池包電壓為96V，可以算出對應的絕緣報警電阻的界限點分別為9.6kΩ和48kΩ，因此可以在這兩個界限范圍內(nèi)各取幾個典型電阻進行測試，檢查系統(tǒng)是否能夠準確地分故障等級報警。測試結果如表2、表3所示。

表1 電動汽車絕緣等級

表2 絕緣檢測試驗數(shù)據(jù)（正母線）

表3 絕緣檢測試驗數(shù)據(jù)（負母線）

測試結果表明，本設計絕緣檢測系統(tǒng)能夠檢測到蓄電池組和車輛底盤之間比較寬范圍阻值內(nèi)的絕緣電阻，能準確地報出故障等級，可以滿足電動汽車電氣絕緣性能檢測的要求。

4 結論

本文參考國標提供的絕緣電阻檢測方法，在雙邊切換電阻的方法上進行改進，改為單邊切換固定電阻，通過檢測電源總正與車身、電源總負與車身之間的電阻，判斷汽車絕緣性能是否符合要求。試驗結果表明，該測量電路具有穩(wěn)定性好、電路簡單、測試方法簡便、抗干擾能力強等優(yōu)點，在新能源汽車的發(fā)展中具有重要前景。下一步研究將集中對系統(tǒng)進行改良，提高其檢測精度。

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