高壓動力電池系統的絕緣檢測分析

周德懷

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

關鍵詞：純電動汽車;高壓電池系統;BMS電池管理系統;絕緣監測;絕緣電阻;檢測方法

1 問題提出

1.1 絕緣監測作用

正常運行情況下，高壓動力電池系統是一個獨立的系統，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致的絕緣降低而使得車身帶電，而且車輛工況復雜，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 傳統絕緣監測方法

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，由于萬用表內部有內阻，內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，一般要求萬用表內阻至少為10MΩ。另外，該方法屬間接測量，會產生間接誤差，誤差的計算在實際應用中需要考慮進去。

2 解決方案

2.1 解決依據

在GB/T 18384.3-2015人員觸電防護標準中，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中規定BMS需要對動力電池系統所有部件集成完畢的狀態下進行絕緣檢測，且采用絕緣電阻阻值來衡量絕緣狀態。絕緣電阻可分為總正對地和總負對地，衡量系統絕緣狀態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會產生紋波干擾，影響系統正常工作;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用方式，當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動力電池系統母線的絕緣狀態，可迅速在線檢測動電電池系統單極接地，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故障診斷提供一定幫助。

3 總結

對絕緣電阻故障采用的相關檢測電路進行分析，并集成到BMS電池管理系統中，有效的保護電池過充、過放、過溫、過流、絕緣監測等問題，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致的單體電池不平衡、溫度分布不均勻而產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。

參考文獻：

[1]GB/T 18384.3-2015 電動汽車安全要求第3部分：人員觸電防護[S].

[2]GB-T 18384.1-2015 電動汽車安全要求第1部分 車載可充電儲能系統（REESS）[S].

[3]王錦忠.電動汽車絕緣性能檢測裝置的研制[D].

[4]張進.電動汽車動力電池絕緣檢測系統的設計與實現[J].

[5]魏幫頂.電動汽車電氣絕緣檢測方法探討[J].

[6]黃勇.電動汽車電氣絕緣檢測方法的研究[J].

[7]樊曉松.動力電池系統高壓電絕緣設計與測試[J].

[8]田楊.基于ARM單片機電動汽車絕緣檢測系統研究[D].

[9]百度文庫，https：//wenku.baidu.com[DB/OL].

[10]EVBCM-8133電池控制模塊技術規格書[S].