純電動汽車絕緣檢測方法及維修案例分析

王昕燦 李京鑫 翟羽 王震 王賀

摘 要：絕緣性是純電動汽車高壓安全性能中的主要指標(biāo)之一，在進(jìn)行純電動汽車檢測與維修過程中，對高壓電氣系統(tǒng)的絕緣性能檢測需要使用專用的絕緣測試儀器，測量高壓電纜及高壓部件對車身絕緣電阻是否位于規(guī)定值范圍內(nèi)。分析絕緣檢測原理和絕緣電阻檢測方法，并以奇瑞eQ1純電動汽車絕緣故障為例，進(jìn)一步剖析絕緣檢測方法和注意事項(xiàng)，為新能源汽車的檢測和維護(hù)提供安全保障。

關(guān)鍵詞：純電動汽車 絕緣檢測 維修 安全

Abstract：Insulation is one of the main indicators in the high-voltage safety performance of pure electric vehicles. During the inspection and maintenance of pure electric vehicles， special insulation test instruments need to be used to test the insulation performance of high-voltage electrical system to measure whether the insulation resistance of high-voltage cables and high-voltage components to the body is within the specified value range. This paper analyzes the insulation detection principle and insulation resistance detection method， and takes the insulation fault of Chery eQ1 pure electric vehicle as an example to further analyze the insulation detection methods and precautions， so as to provide safety guarantee for the detection and maintenance of new energy vehicles.

Key words：Blade Electric Vehicles; Insulation Test; Repair; Security

1 引言

純電動汽車動力系統(tǒng)一般具有直流300V以上的工作電壓，其主要包括驅(qū)動電機(jī)及控制器、高壓動力電池及電池管理系統(tǒng)、高壓控制盒、逆變器總成及其他電力電子設(shè)備[1]。因此相對較高的車輛運(yùn)行電壓對純電動汽車高壓動力系統(tǒng)和整車底盤間的絕緣性能提出了更為嚴(yán)格的要求。車輛動力傳輸系統(tǒng)中高壓動力電纜的絕緣層往往會因受環(huán)境潮濕影響絕緣性，或者絕緣層老化干裂導(dǎo)致絕緣性能下降，從而易導(dǎo)致動力系統(tǒng)電源高壓導(dǎo)線透過絕緣層介質(zhì)與整車底盤結(jié)構(gòu)形成電路回路，造成高壓電路短路、底盤電位整體上升，危害性極大。這些危害會造成駕駛?cè)藛T、乘坐人員以及維修人員的人身安全，同時也將在一定程度上影響車輛控制線路、信號線路以及其他低壓電路的正常工作。當(dāng)車輛高壓系統(tǒng)與底盤間多處連接點(diǎn)間的絕緣性能嚴(yán)重下降，更會造成漏電短路，產(chǎn)生熱積效應(yīng)，最重要的情況下甚至?xí)斐烧囯姎饣馂?zāi)。因此，保障純電動汽車的絕緣性能是保證車輛安全性的重要工作之一，通過準(zhǔn)確實(shí)時監(jiān)測高壓系統(tǒng)對底盤的絕緣性，包括驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)絕緣性、動力電池系統(tǒng)絕緣性等，可以及時排查并解決車輛的絕緣故障，保證車輛設(shè)備正常運(yùn)作和汽車安全運(yùn)行。

在新能源汽車檢測與維修過程中，對于絕緣性能的好壞一般通過被測物絕緣電阻的大小來判定。電動汽車絕緣標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定：在交流電路中，正負(fù)端對車輛底地的絕緣電阻分別都必須大于500Ω/V;在高壓直流電路中，正負(fù)端對車輛底盤地的絕緣電阻分別都必須大于100Ω/V[2]。100Ω/V對應(yīng)的電流大小是10mA，500Ω/V對應(yīng)的電流大小是2mA，兩種數(shù)值均小于人體能夠承受的最小電流值，因此電動汽車的絕緣電阻必須大于規(guī)定值，操作人員在檢測維修過程中才能避免電動汽車高壓傷害。純電動汽車在進(jìn)行整車絕緣故障設(shè)定介值時，通常會設(shè)定相應(yīng)的閾值，進(jìn)一步判斷絕緣性能好壞，若自動監(jiān)測到絕緣電阻低于閾值，則會控制執(zhí)行器自動切斷高壓電路。

2 純電動汽車絕緣電阻檢測方法

2.1 檢測原理

純電動汽車絕緣性能的檢測原理本質(zhì)上是通過檢測高壓回路主正、主負(fù)直流母線對于底盤地的絕緣電阻值來判斷性能優(yōu)良。但整車自檢時，其絕緣電阻值無法直接利用相關(guān)檢測工具來直接測量，因而可通過建立絕緣檢測電路，間檢測出絕緣電阻值，從而判斷電動汽車絕緣狀況[3]。絕緣電阻檢測模型如圖1所示。

圖1中，虛線框?yàn)榻^緣電阻檢測電路;US為低頻低壓的交流信號源，用來進(jìn)行絕緣電阻的實(shí)時檢測;C1為隔離電容，R7為測量電阻，RL為負(fù)載。單片機(jī)通過PWM信號控制變壓器輸出，使之產(chǎn)生高電壓來進(jìn)行動力電池開路狀態(tài)下的絕緣電阻檢測，其中R1、R2、R4、R6為采樣電阻，Rn、Rp為直流電源正負(fù)極母線對地絕緣電阻。另外，單片機(jī)通過控制繼電器S1、S2、S3的閉合與斷開，實(shí)現(xiàn)不同狀況下的絕緣電阻檢測。

2.2 絕緣檢測工具和檢測安全注意事項(xiàng)

純電動汽車檢測與維修中，對高壓電氣系統(tǒng)的絕緣性能檢測時需要使用專用的絕緣測試儀器，測量高壓電纜及高壓部件對車身絕緣電阻是否位于規(guī)定值范圍內(nèi)。常用的測試儀器有數(shù)字式萬用表、絕緣電阻表、數(shù)字式絕緣測試儀等。以Fluke公司的產(chǎn)品Fluke 1508絕緣測試儀為例，如圖2所示，F(xiàn)LUKE 1508絕緣測試儀是一款多功能數(shù)字式電量測量儀表，通過功能開關(guān)的轉(zhuǎn)換，可以測量電壓、電流、電阻、電容和溫度等物理量。絕緣測試儀測試只能在不通電的電路上進(jìn)行。測試之前，確保測試電路或者電氣設(shè)備已處于斷電狀態(tài)。

在進(jìn)行純電動汽車絕緣檢測時，為確保檢測人員安全，必須做好以下安全防護(hù)工作[4]：

（1）在操作區(qū)域設(shè)置安全隔離裝置，并放置操作警示牌，設(shè)立絕緣地墊以便加強(qiáng)操作安全性。

（2）檢測現(xiàn)場和操作過程中，須安排安全技術(shù)人員全程監(jiān)督。

（3）務(wù)必檢查高壓防護(hù)手套、護(hù)目鏡以及其他儀器儀表是否符合安全等級要求。

（4）做好一切準(zhǔn)備工作后，關(guān)閉車輛電源，同時拔下車鑰匙，將車輛鑰匙交由操作人員單獨(dú)保管。后續(xù)斷開低壓蓄電池負(fù)極以切斷低壓線路，涉及高壓操作時需拔下維修開關(guān)并進(jìn)行安全保管，無維修開關(guān)的車輛可斷開高壓線路連接點(diǎn)。

2.3 純電動汽車絕緣故障排查與處理

絕緣故障界定為[3]：純電動汽車整車環(huán)境內(nèi)存在較多高壓部件，為防止因絕緣故障造成的人身安全隱患，車輛內(nèi)設(shè)有對整車高壓部件絕緣電阻的監(jiān)控和檢測裝置，當(dāng)絕緣電阻低于設(shè)定的閾值時，確定為絕緣故障。當(dāng)純電動汽車發(fā)生高壓絕緣故障時，高壓絕緣故障報警燈常亮，通常會有以下幾個方面故障可能導(dǎo)致電池斷開、車輛無法行駛：（1）電機(jī)系統(tǒng)絕緣故障;（2）電機(jī)控制器絕緣故障;（3）壓縮機(jī)絕緣故障;（4）PTC絕緣故障;（5）高壓分線盒絕緣故障;（6）充電機(jī)絕緣故障;（7）電池包本體絕緣故障;（8）高壓線束絕緣。

通常絕緣故障排查與處理方法為：（1）首先嘗試鑰匙重復(fù)上電、斷電操作能否清除故障燈，如不能清除故障燈，請執(zhí)行下述方法;（2）維修人員通過診斷儀讀取故障，根據(jù)具體故障參照維修手冊進(jìn)行維修;（3）維修人員務(wù)必做好高壓安全防護(hù)措施;（4）特別注意不要觸碰高壓部分部件，高壓線束有特別顏色標(biāo)注。

3 奇瑞eQ純電動汽車絕緣故障案例分析

3.1 故障現(xiàn)象

一輛2018年產(chǎn)奇瑞eQ1純電動汽車，累計行駛里程約1萬公里，搭載J72-2103010三相永磁同步電機(jī)及J72-2142010電機(jī)控制器。車主表示，車輛儀表盤高壓絕緣報警燈常亮，嘗試鑰匙重復(fù)上電、斷電操作，故障燈無法清除。

3.2 檢測診斷

根據(jù)動力系統(tǒng)電壓特性，該車型最低報警絕緣電阻值設(shè)定為20兆歐。車輛儀表能夠正常顯示，并正確反映出存在絕緣故障，說明BMS絕緣監(jiān)測系統(tǒng)本身正常工作。連接故障診斷儀，讀得故障代碼P1A6E，顯示MCU系統(tǒng)安全安全故障，記錄并清除故障代碼，無法清除，故明確絕緣故障方向?yàn)殡姍C(jī)系統(tǒng)絕緣故障，即可能是電機(jī)本身或電機(jī)控制器絕緣失效，圖3為eQ1電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖。

逐步排除絕緣故障點(diǎn)，為確保安全，一定要嚴(yán)格按照相應(yīng)的高壓安全操作規(guī)程進(jìn)行作業(yè)，操作人員按規(guī)定穿戴好防護(hù)用品，先后斷開低壓回路和高壓回路。將點(diǎn)火開關(guān)置于OFF檔，斷開蓄電池負(fù)極，拔掉維修開關(guān)，靜置5min，確保測試母線電壓值小于5V，然后斷開MCU低壓插件。斷開高壓回路后，系統(tǒng)已不帶高壓電，為操作方便，可取下絕緣手套使用萬用表和兆歐表。利用萬用表測量MCU低壓插件6號引腳、7號引腳，檢測出CAN終端電阻值為123Ω，在正常范圍值內(nèi)，故排除低壓線路CAN總線通信故障。

進(jìn)一步進(jìn)行高壓回路絕緣排查，常溫下，分別對電驅(qū)系統(tǒng)的正負(fù)級對地用絕緣表進(jìn)行測試（圖4）。絕緣表測試電壓調(diào)至500V，發(fā)現(xiàn)測試結(jié)果阻值小于20兆歐，低于設(shè)定的閾值，故而需進(jìn)一步判定是電機(jī)絕緣問題或電機(jī)控制器絕緣問題。

首先排查是否是電機(jī)本身絕緣失效。打開控制器的小蓋板，將連接到MCU的電機(jī)母線螺栓拆掉，將線與安裝底座脫開。常溫下，對驅(qū)動電機(jī)三相端子對地用絕緣表進(jìn)行測試（圖5），絕緣表測試電壓調(diào)至500V，測試結(jié)果阻值顯示550兆歐，大于20兆歐，故電機(jī)本身絕緣正常。

進(jìn)一步確認(rèn)是否是電機(jī)控制器絕緣故障。同樣的，拔掉電機(jī)控制器端信號線插件、高壓直流母線輸入插件和三相高壓電纜插件，并測試母線電壓值應(yīng)小于5V。常溫下，分別對電機(jī)系統(tǒng)的正負(fù)對地用絕緣表進(jìn)行測試（圖6）。絕緣表測試電壓調(diào)至500V，測試結(jié)果阻值小于20兆歐，故判斷電機(jī)控制器絕緣失效。

斷開起動開關(guān)使電源模式至OFF狀態(tài)，斷開蓄電池負(fù)極連接，并拔下維修開關(guān)等待5min，更換電機(jī)控制器總成后試車，故障排除。

4 結(jié)論

電動汽車的高壓絕緣性能是電動車輛電氣安全技術(shù)的重要內(nèi)容，對維修人員安全、乘客安全和車輛安全運(yùn)行具有重要意義。結(jié)合電動汽車絕緣電阻判斷依據(jù)，在分析絕緣檢測原理的基礎(chǔ)上，研究電動汽車絕緣故障排查方法，并以奇瑞eQ1絕緣故障為例展開分析，進(jìn)一步深化純電動汽車絕緣檢測方法的研究。

基金項(xiàng)目：南通市科技計劃項(xiàng)目（編號：MS12020055）;江蘇省高等學(xué)校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目。

參考文獻(xiàn)：

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[4]黃義勇，彭來森， 劉忠強(qiáng). 基于“安全策略”的電動汽車高壓絕緣故障探析[J]. 汽車維修，2021（01）：26-28.

作者簡介

王昕燦：江蘇航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，主要從事新能源汽車技術(shù)、智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)。