動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻測(cè)試分析

秦燕康　管玉杰　楊秋霞　梁曼榮　胡慧婧

【摘? 要】本試驗(yàn)室在對(duì)不同批次的動(dòng)力蓄電池總成進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證及ADV類的絕緣電阻測(cè)試過(guò)程中，以試驗(yàn)中呈現(xiàn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)及狀態(tài)作為基礎(chǔ)，對(duì)測(cè)試過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)做了分析與總結(jié)，希望對(duì)后來(lái)人有所啟示。

【關(guān)鍵詞】動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成；絕緣電阻；分析與總結(jié)

中圖分類號(hào)：U469.72? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）08-0025-03

Insulation Resistance Test Analysis of Power Battery System

QIN Yan-kang，GUAN Yu-jie，YANG Qiu-xia，LIANG Mang-rong，HU Hui-jing

（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Guangxi Laboratory of New Energy Automobile，

Guangxi Key Laboratory of Automobile Four New Features，Liuzhou 545007，China）

【Abstract】In the process of testing and verifying power battery assemblies from different batches and conducting insulation resistance tests on ADV types，this laboratory analyzed and summarized the key points during the testing process based on the various data and states presented in the experiment，hoping to provide inspiration for future generations.

【Key words】power battery system；insulation resistance；analysis and summary

隨著新能源汽車的發(fā)展，動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成作為新能源汽車最重要的零部件之一，也在不斷地升級(jí)迭代。動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成的安全問(wèn)題成為生產(chǎn)者、運(yùn)輸者及消費(fèi)者尤為關(guān)注的焦點(diǎn)，各方面都在持續(xù)性地投入資金及精力確保其安全性。試驗(yàn)室在保證其安全性的過(guò)程中起到了一個(gè)裁判員的作用，在試驗(yàn)后通過(guò)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的分析判斷，得出安全測(cè)試的結(jié)果，而其中作為動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成安全測(cè)試之一的絕緣電阻測(cè)試是一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，將在本文中進(jìn)行分析與歸納。

本試驗(yàn)室從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)測(cè)試、品質(zhì)抽檢、售后驗(yàn)證的不同渠道接收到不同批次、不同廠家及不同型號(hào)的動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成，經(jīng)過(guò)多次測(cè)試獲得充足的數(shù)據(jù)。本文將從動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻試驗(yàn)的全過(guò)程出發(fā)，以試驗(yàn)中呈現(xiàn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)及狀態(tài)作為基礎(chǔ)，通過(guò)現(xiàn)象來(lái)分析及總結(jié)試驗(yàn)情況。

1? 試驗(yàn)方法及要求

動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻試驗(yàn)方法依據(jù)的是《GB 38031—2020電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》及《GB 18384—2020電動(dòng)汽車安全要求》，通過(guò)仔細(xì)研讀標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試人員在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作步驟，再結(jié)合與各第三方試驗(yàn)機(jī)構(gòu)學(xué)習(xí)交流的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)絕緣電阻的試驗(yàn)方法，其試驗(yàn)方法簡(jiǎn)稱分為兩表法和直接測(cè)量法。試驗(yàn)的關(guān)鍵事項(xiàng)如下所述。

1）試驗(yàn)安全事項(xiàng)：結(jié)合多次試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，以及現(xiàn)在動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成電壓平臺(tái)升高的趨勢(shì)，除了正常穿戴勞保用品外，還有如下注意事項(xiàng)：①在從庫(kù)房運(yùn)送動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成過(guò)程中，叉車運(yùn)輸人員應(yīng)注意平穩(wěn)運(yùn)輸，不宜有劇烈晃動(dòng)；②測(cè)試人員在試驗(yàn)前應(yīng)注意檢查其外表有無(wú)損壞，尤其需關(guān)注其線束插接口處有無(wú)損壞，插針是否齊全等；③操作人員應(yīng)在全過(guò)程佩戴絕緣手套，不可疏忽及存在僥幸心理；④試驗(yàn)完成后需驗(yàn)電，如仍有帶電需放電后再將樣件放回庫(kù)房，以免后續(xù)人員接觸導(dǎo)致觸電。

2）試驗(yàn)環(huán)境要求：《GB 18384—2020電動(dòng)汽車安全要求》對(duì)環(huán)境沒(méi)有明確要求，而《GB 38031—2020電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》中對(duì)溫濕度做出了明確規(guī)定，從試驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性而言，以環(huán)境溫度范圍17～27℃、環(huán)境濕度范圍15%～90%R.H為準(zhǔn)。

3）試驗(yàn)儀器設(shè)備：根據(jù)上述兩種測(cè)量動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻的方法，兩表法需要內(nèi)阻r不小于10MΩ的電壓檢測(cè)工具2臺(tái)，即測(cè)試中常用的萬(wàn)用表（1MΩ定值電阻R0）1只；直接測(cè)量法需要絕緣電阻測(cè)量?jī)x器1臺(tái)。另外，需要1臺(tái)電腦和1個(gè)CAN盒，用于開(kāi)啟和關(guān)閉動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成的絕緣監(jiān)控及開(kāi)閉其內(nèi)部繼電器。

4）試驗(yàn)結(jié)果要求：絕緣電阻不小于100Ω/V，即得到的絕緣電阻值除以電池包額定電壓的值大于等于100Ω/V。

測(cè)試人員在對(duì)蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻測(cè)試研讀標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行探討及試驗(yàn)步驟的編排，并在試驗(yàn)后編制了試驗(yàn)的實(shí)施細(xì)則，將測(cè)試成果做了進(jìn)一步的鞏固，下面將詳細(xì)展開(kāi)對(duì)兩表法和直接測(cè)量法測(cè)量動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻過(guò)程的分享。詳細(xì)的內(nèi)容分為測(cè)量過(guò)程、安全注意事項(xiàng)及測(cè)試的分析與總結(jié)。

1.1? 兩表法測(cè)量絕緣電阻

根據(jù)試驗(yàn)室對(duì)鋰離子電池的安全要求，進(jìn)行測(cè)試時(shí)應(yīng)把動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成置于有消防設(shè)施的裝置中，因此本試驗(yàn)室做該測(cè)試時(shí)將樣件放置在防爆箱中，溫濕度控制在上述溫濕度范圍，操作人員穿戴相應(yīng)防護(hù)用具將樣件的輸出正負(fù)極線束及低壓信號(hào)線束從防爆箱中引出來(lái)作為試驗(yàn)準(zhǔn)備，驗(yàn)電，無(wú)誤后開(kāi)始接線。兩表法測(cè)量動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻接線示意如圖1所示。

使用1臺(tái)電壓檢測(cè)工具連接樣件的正極線和搭鐵線，打到直流電壓擋，擋位根據(jù)樣件額定電壓選擇，量程應(yīng)不小于樣件額定電壓的一半；另外1臺(tái)電壓檢測(cè)工具連接樣件的負(fù)極線和搭鐵線，量程應(yīng)不小于樣件額定電壓的一半。低壓信號(hào)線連接CAN盒和電腦，此時(shí)接線人員接線工作結(jié)束，全部人員離開(kāi)此區(qū)域。另外1位操作人員開(kāi)啟電腦，登錄上位機(jī)軟件，關(guān)閉該樣件的絕緣監(jiān)控并閉合內(nèi)部繼電器。待2個(gè)表讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄所得電壓數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄此時(shí)的溫度值及濕度值，需備注的是電壓較高的為U1，較低的為U1′。

記錄完數(shù)據(jù)后，在上位機(jī)軟件上重新開(kāi)啟絕緣監(jiān)控并開(kāi)啟繼電器，操作人員將1MΩ的定值電阻并聯(lián)在測(cè)得U1的兩線束之間，并將2個(gè)電壓檢測(cè)工具的直流電壓打到量程不低于樣件額定電壓的擋位，接著由操作人員關(guān)閉絕緣監(jiān)控和內(nèi)部繼電器，待電壓示數(shù)穩(wěn)定后讀取并記錄，同時(shí)記錄此時(shí)的溫度值及濕度值，需備注電壓測(cè)量值為U2和U2′。

兩表法測(cè)量結(jié)束，驗(yàn)電無(wú)誤后拆除線束、整理工具。

需要的樣件絕緣電阻值Ri可以根據(jù)R0和4個(gè)電壓值U1、U1′、U2和U2′以及電壓檢測(cè)工具內(nèi)阻r計(jì)算得出，公式如下：

帶入測(cè)量的電壓值、定值電阻值以及電壓檢測(cè)內(nèi)阻值可得出樣件絕緣電阻值，如式（1）所示，然后將得出的絕緣電阻值除以樣件額定電壓，如式（2）所示，即可判斷是否符合要求。

1.2? 直接測(cè)量法測(cè)量絕緣電阻

將樣件放置在防爆箱中一段時(shí)間，溫濕度控制在上述溫濕度范圍，操作人員穿戴相應(yīng)防護(hù)用具將樣件的輸出正負(fù)極線束及低壓信號(hào)線束從防爆箱中引出來(lái)作為試驗(yàn)準(zhǔn)備，驗(yàn)電，沒(méi)有問(wèn)題后開(kāi)始接線。直接測(cè)量法測(cè)量動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻接線示意如圖2所示。

將絕緣電阻測(cè)試儀的測(cè)量線分別連接樣件的正極線、負(fù)極線和搭鐵線，開(kāi)啟絕緣電阻測(cè)試儀熱機(jī)5min，施加電壓為DC 500V或1.5倍樣件額定電壓中較大者，設(shè)置施加電壓時(shí)長(zhǎng)以30s為宜，首先測(cè)試動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成正極搭鐵的絕緣電阻，接著測(cè)試其負(fù)極搭鐵的絕緣電阻，測(cè)得2個(gè)絕緣阻值后除以樣件額定電壓，同式（2），判斷該數(shù)值是否符合要求。

2? 試驗(yàn)問(wèn)題分析

在動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻測(cè)試過(guò)程中，有如下幾個(gè)問(wèn)題需要特別注意，否則會(huì)對(duì)安全及試驗(yàn)結(jié)果造成重大影響。

2.1? 安全注意事項(xiàng)

不注重該試驗(yàn)的特殊性會(huì)造成安全事故，慣性思維使得我們?nèi)菀茁楸裕J(rèn)為給樣件上電才有觸電危險(xiǎn)，然而不能排除樣件在來(lái)試驗(yàn)場(chǎng)地前是否已關(guān)閉輸出，電池包輸出電壓高達(dá)上百伏，遠(yuǎn)超人體能承受的安全電壓，應(yīng)主動(dòng)佩戴高壓防護(hù)用具，確保人身安全。

另外，為防止試驗(yàn)過(guò)程的某些不可預(yù)測(cè)因素，電池包須放置在防爆隔離箱中，線束從防爆箱的開(kāi)口處出來(lái)連接測(cè)試儀器設(shè)備，最大限度保證人員試驗(yàn)過(guò)程安全。

動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成的運(yùn)輸也需要特別注意，需安排特種車輛運(yùn)送樣件至試驗(yàn)室，到達(dá)試驗(yàn)室后，從庫(kù)房運(yùn)出到臺(tái)架過(guò)程中，叉車運(yùn)輸人員也應(yīng)盡量保證平穩(wěn)運(yùn)送，安全送達(dá)。

2.2? 儀器選擇及擋位

儀器選擇不當(dāng)或擋位選擇不當(dāng)會(huì)造成數(shù)據(jù)偏差或錯(cuò)誤，因而使用上述的兩表法及直接測(cè)量法測(cè)量動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻時(shí)，所使用的電壓檢測(cè)工具準(zhǔn)確度見(jiàn)表1。

值得注意的是，在多次試驗(yàn)后，經(jīng)過(guò)對(duì)比多組記錄數(shù)據(jù)得出：電壓值U1和U1′之間的差值極小，只達(dá)到零點(diǎn)幾伏甚至更小的數(shù)值，故在使用“兩表法”測(cè)量動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻過(guò)程中要注意擋位的選擇，如測(cè)量U1及U1′時(shí)，電壓擋位應(yīng)選擇比樣件額定電壓值稍大一半的量程；而測(cè)量電壓值U2及U2′，需選擇額定電壓值稍大的量程，避免擋位選擇過(guò)大造成結(jié)果有誤。

2.3? BMS控制器輸入電壓

試驗(yàn)過(guò)程中在調(diào)節(jié)BMS控制器的輸入電壓值時(shí)，使用兩表法測(cè)量部分動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻，某些生產(chǎn)廠家的動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成的BMS控制器的輸入電壓低于12.4V時(shí)，上位機(jī)關(guān)閉絕緣監(jiān)控及閉合內(nèi)部繼電器后，電壓檢測(cè)工具讀數(shù)不穩(wěn)定或者數(shù)據(jù)與目標(biāo)值有較大偏差，此時(shí)需先排查接線是否無(wú)誤，接著需要調(diào)整上述輸入電壓及整個(gè)樣件的所有相關(guān)參數(shù)，避免無(wú)效操作。因前幾次設(shè)置輸入電壓都為12.2V，測(cè)試時(shí)未及時(shí)調(diào)整導(dǎo)致電壓表U1和U1′只有目標(biāo)值的一半，最終導(dǎo)致測(cè)試失敗，需引以為鑒。

3? 結(jié)束語(yǔ)

從整個(gè)測(cè)試來(lái)看，把握幾個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，穿戴放防護(hù)用具、合理選擇儀器和擋位，以及根據(jù)動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)總成的參數(shù)設(shè)置輸入數(shù)據(jù)，與此同時(shí)，研讀標(biāo)準(zhǔn)及細(xì)節(jié)也需注意，在前期過(guò)程中，本試驗(yàn)室對(duì)電壓值U1和U1′的理解及R0并聯(lián)處的位置有爭(zhēng)議，并在實(shí)際操作中出現(xiàn)小錯(cuò)誤，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析及重新解讀后糾正了錯(cuò)誤。另外，選擇兩表法或直接測(cè)量法應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)本身所擁有測(cè)試設(shè)備的情況來(lái)定，其中值得指出的是，兩表法測(cè)量所得數(shù)據(jù)加上原有數(shù)據(jù)較多，帶入公式計(jì)算時(shí)易出錯(cuò)，計(jì)算需謹(jǐn)慎。

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（編輯? 凌? 波）

作者簡(jiǎn)介

秦燕康（1991—），男，研究方向?yàn)樾履茉雌囌嚰傲悴考y(cè)試。