電動汽車電氣絕緣檢測方法的研究

劉睿

摘 要：為了達到一定功率要求，電動汽車需要多個蓄電池串聯使用，電池組的總電壓一般高于100V，純電動大型客車的電壓高達500V，并且電動汽車的使用環境比較惡劣，由于振動、沖擊、溫度以及電池腐蝕性液體的影響。一旦因為絕緣性能下降導致高壓系統出現問題，影響電動汽車的正常使用，文章從電動汽車的構成出發，探究絕緣性能下降的原因，并提出如何檢測電氣絕緣的方法。關鍵詞：電動汽車;絕緣電阻中圖分類號：U469.7 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）02-07-02

Abstract： In order to meet certain power requirements， electric vehicles need to use multiple batteries in series. The total voltage of the battery pack is generally higher than 100V， and the voltage of the pure electric bus is as high as 500V. Moreover， the use environment of electric vehicles is relatively poor due to the impact of vibration， shock， temperature and corrosive liquid of batteries. Once the problem of high voltage system caused by the decrease of insulation performance affects the normal use of electric vehicles， this paper starts from the composition of electric vehicles， explores the reasons for the decrease of insulation performance， and puts forward how to detect the electrical insulation.Abstract： in order to meet certain power requirements， electric vehicles need to use multiple batteries in series. The total voltage of the battery pack is generally higher than 100V， and the voltage of the pure electric bus is as high as 500V. Moreover， the use environment of electric vehicles is relatively poor due to the impact of vibration， shock， temperature and corrosive liquid of batteries. Once the problem of high voltage system caused by the decrease of insulation performance affects the normal use of electric vehicles， this paper starts from the composition of electric vehicles， explores the reasons for the decrease of insulation performance， and puts forward how to detect the electrical insulation.Keywords： Electric vehicle; Insulation resistanceCLC NO.： U469.7? Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）02-07-02

前言

電氣系統是電動汽車的基本構成部分。取決于不同的應用系統，電動汽車的電氣系統通常分為低電壓系統和高電壓系統。低壓系統一般為車輛的開關、搭鐵、燈光系統、空調控制系統等提供電能電動汽車低壓系統的12V電源主要有蓄電池供給，蓄電池由DC轉換器將高壓72V/64V轉換為12V供給低壓系統，低壓系統的構造采用的規范與標準是相應的，可靠性較高。高壓系統將電能提供給高功率部件，比如驅動馬達。高壓系統主要由電源系統、驅動系統和電動設備組成，電源系統是由成千上萬個電池組合而成，重量高達幾百公斤，驅動系統主要由電機控制器和電機組成，電動設備包括轉向助力系統、制動系統、電動空調和電加熱設備。如果工作電壓過高，會對高電壓系統和汽車絕緣性能產生比較大的影響，所以要對電動汽車的要求更高。如果高壓電線絕緣層老化或者是潮濕環境下，都會導致絕緣性能下降，一旦泄露電荷形成回路，會導致地盤電位升高。地盤點位過高時電流過熱會影響低壓系統的正常工作，嚴重會導致燃燒，危急到駕駛人員的人身安全，因此要定時檢測地盤的絕緣性能。

1 電動汽車電氣絕緣性能的描述

電氣絕緣問題一般都集中在高壓系統方面，下面以電動汽車的高壓電氣系統為例描述電氣絕緣性能。

一般電源系統主要是由燃料電池組和鋰電子電池組組成。燃料電池組的輸出特性為下降特性，當系統的輸出電流遞增到300A時，會呈現一種下降的趨勢，輸出電壓從360V降為270v，而鋰電子電池組的電壓保持在350-420v之間，額定電壓為388v。為了使燃料電池組和鋰電子電池組協調可靠的運行，需要加入一種斬波電路，來控制電流與功率的變化。電動汽車的高壓系統輸出的功率供給空調系統和制動系統，這些系統是直接安裝到底盤上的，每個系統都有獨立的電氣回路，但是系統與底盤之間沒有電路連接，所以整個高壓系統是封閉的。

2 電動汽車電氣絕緣性能的檢測方法

電氣絕緣問題一般都集中在封閉的高壓系統方面，對電氣絕緣性能的最好描述一般就是電阻，介質的絕緣能力一般通過電阻的大小來表示，絕緣情況會在電阻大的時候變好，在電阻小的時候變差，將這種電阻稱為絕緣電阻。在進行絕緣電阻的檢測中，一般采用電阻法、母線端電壓法和對稱電壓測量法來進行檢測。在直流電源和汽車底盤之間接入一個電阻，通過測量流過電阻的電壓或者電流來計算出絕緣電阻的值。

但是著傳統的這三種方法都有著一定的局限性，比如無法精確的計算母線雙端接地時的絕緣電阻;汽車運行中處于電磁干擾環境，絕緣電阻的檢測精度變得極低，極易發生錯誤;如果電池箱開路，甚至無法測量絕緣電阻。以此為基礎，建立了一種新的檢測方法，在電動汽車的高壓電氣系統中，利用電源的正極引線電纜和負極引線電纜對底盤的絕緣電阻來反映電氣系統的絕緣性能。接入電阻的同時將采集處理單元引入，構建阻抗網絡，主要通過電壓、電流傳感器測量電

壓U₀和電流I₀，在采集處理單元方面，引入intel的6位單片機即可，與此同時，單片機在導通后對電壓U₀和電流I₀大致判斷值的大小，通過控制三極管的導通與關斷，改正負極之間的等效電阻和電源的輸出電流I，根據U₀、I₀和R_eq之間的關系，計算出絕緣電阻R_g1和R_g2的值，同時檢測絕緣電阻是否達到閾值，并將信息輸出到單片機中。

在實際中運行中，U₀的值波動在一定范圍內，基本保持不變。三極管產生的導通電壓也比較小，可以忽略不計，如果三極管T₁導通，此時接入的電阻R首先并聯正極絕緣電阻R_g1，然后在串聯負極絕緣電阻R_g2，用U₁和I₁來表示相應的電壓及電流，則U₁=I₁（R_g2 +R_g1//R），同理可得在三極管T₂導通時的U₂=I₂（R_g2 +R_g1//R）的表達式。當然在兩個三極管T₁、T₂都關斷的時候，這時的絕緣性能極低，立即輸出到單片機中。綜上所述，這種測量方式既簡單又便于操作，電氣絕緣檢測利用這種檢測方法能夠有效的判斷絕緣電阻，準確度也比較高，符合電動汽車絕緣檢測的需求。

3 結束語

對電氣絕緣性能的最好描述一般就是電阻，介質的絕緣能力一般通過電阻的大小來表示，電阻大的情況下電氣絕緣性能會變好，在電阻小的情況下電氣絕緣性能會變差，這種電阻被稱為絕緣電阻。雖然近些年來檢測電氣絕緣的方式層出不窮，帶來了很多新的技術理念，但是在檢測方法中需要考慮到成本和推廣范圍。利用研究發現，利用電阻構建絕緣電阻的方式，是比較簡便易推廣的方式，同時在編程中引入了單片機，這也為檢測電氣絕緣帶來了便利。如何做好電氣絕緣，對電動汽車的性能有著非常重要的意義。

參考文獻

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