GB 18384-2020絕緣電阻計(jì)算公式研究及替代方法

高峰 李良雨 于群 李瑞

摘 要：本文根據(jù)電動(dòng)汽車有源電路絕緣電阻測量原理推導(dǎo)出絕緣電阻計(jì)算公式，當(dāng)對(duì)公式參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)簡化時(shí)，就得出了與GB 18384-2020標(biāo)準(zhǔn)相同的絕緣電阻計(jì)算公式。然而在實(shí)踐中，本文發(fā)現(xiàn)公式中的某些參數(shù)發(fā)生的微小變化會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的極大不穩(wěn)定，進(jìn)而分析了其可能的影響因素。對(duì)此，本文推薦使用“并接電阻法”求解絕緣電阻，其核心做法就是先對(duì)被測電路進(jìn)行改造：在被測電路中并入一對(duì)至少小于電壓表內(nèi)阻2個(gè)數(shù)量級(jí)的等值電阻，通過相關(guān)公式計(jì)算出被測電路絕緣電阻與并入電阻的并聯(lián)值，再通過電阻并聯(lián)公式就可以得出被測電路的絕緣電阻值。

關(guān)鍵詞：GB 18384-2020，絕緣電阻，電壓表，電動(dòng)汽車

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.04.007

Study on Insulation Resistance Calculation Formula and Alternative Methods in GB 18384-2020

GAO Feng1* LI Liang-yu1 YU Qun1 LI Rui2

（1. National Passenger Car Quality Inspection and Test Center； 2. FAW TOYOTA Research & Development Co.， Ltd.）

Abstract： According to the principle of insulation resistance measurement for active circuit of electric vehicle， this paper deduces the calculation formula of insulation resistance. When the formula parameters are properly simplifi ed， the same formula of insulation resistance calculation as that in GB 18384-2020 is obtained. However， in practice， this paper fi nds that the small changes of some parameters in the formula will lead to great instability of the calculation results， and analyzes the possible infl uencing factors of it. In this regard， this paper recommends the use of the "parallel resistance method" to solve the insulation resistance. The core method is to transform the circuit fi rstly： a pair of at least two orders of magnitude smaller than the internal resistance of the voltmeter is incorporated into the circuit， the parallel value of the insulation resistance of the circuit and the incorporated resistance is calculated with the relevant formula， and the insulation resistance value of the circuit is obtained through the resistance parallel formula.

Keywords： GB 18384-2020， insulation resistance， voltmeter， electric vehicle

1 引 言

絕緣電阻是電動(dòng)汽車安全要求的重要指標(biāo)之一。當(dāng)人接觸到高壓帶電部件時(shí)，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的絕緣電阻可以確保人員觸電安全。對(duì)于有源電路絕緣電阻，國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均采用了相同的測量原理，如ISO 6469-1/02[1]、ECE-R 100/02[2]、GB/T 18384.1-2015[3]等，即通過已知電阻并入被測電路前后相關(guān)電壓變化情況，利用電工學(xué)相關(guān)原理聯(lián)立方程求出絕緣電阻。GB 18384-2020[4] 據(jù)此給出了具體測量方法。

2 GB 18384-2020絕緣電阻測量方法

2.1 公式推導(dǎo)

GB 18384-2020 給出的電動(dòng)汽車有源電路絕緣電阻測量方法（業(yè)內(nèi)稱“雙表法”）如圖1所示。

（1）將兩塊電壓表（內(nèi)阻分別是r1和r2）同時(shí)并入REESS的兩個(gè)端子和電平臺(tái)之間，電壓讀數(shù)較高的一個(gè)為U1，較低的一個(gè)為U1′，如圖1（b）所示。

（2）在電壓較大端并入測量電阻R0后，再讀取此時(shí)的電壓為U2、U2′，如圖1（c）所示。

2.2 相關(guān)參數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響

由于電壓表內(nèi)阻參與計(jì)算，忽略電壓表內(nèi)阻的差異并不嚴(yán)謹(jǐn)。事實(shí)上，GB 18384-2020關(guān)于用兩塊相同規(guī)格的電壓表進(jìn)行測試的要求并無必要，只要知道內(nèi)阻較小的電壓表的阻值并將其并聯(lián)到電路電壓較小端，就能保證Ri1不小于Ri2成立，這樣通過公式（5）計(jì)算出Ri2就能作為被測電路的絕緣電阻值。

即便如此，公式在實(shí)際使用中的效果也值得商榷。表1數(shù)據(jù)來自某樣車依“雙表法”研發(fā)的全自動(dòng)測量設(shè)備（就是接好電路，設(shè)備能自動(dòng)讀取相關(guān)電壓，并給出計(jì)算結(jié)果，排除了人為因素）。從表1中可以看到數(shù)據(jù)非常離散，更有甚者，計(jì)算出的絕緣電阻還出現(xiàn)負(fù)值。

計(jì)算結(jié)果不收斂源于公式對(duì)參數(shù)變化的反應(yīng)過于敏感。參數(shù)不穩(wěn)定（波動(dòng)）的可能的原因如下：

（1）當(dāng)電壓表、測量電阻并入電路時(shí)，打破了原有電路電壓平衡。由于Y電容的存在，電路電壓重新穩(wěn)定所需的時(shí)間快慢與電阻成正相關(guān)（時(shí)間常數(shù)τ=RC）。由于電壓表內(nèi)阻、測量電阻很大，電壓需要相當(dāng)長的時(shí)間才能達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定，并且對(duì)應(yīng)電阻電壓在趨于穩(wěn)定的過程中，受2個(gè)RC電路的相互影響，還會(huì)產(chǎn)生此消彼長的小幅震蕩波動(dòng)。

（2）當(dāng)對(duì)電壓表內(nèi)阻進(jìn)行測量時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓表內(nèi)阻也會(huì)隨被測電壓的變化而變化（標(biāo)稱10 MΩ的電壓表會(huì)產(chǎn)生近50 kΩ的波動(dòng)）。

（3）電壓表和測量電阻的精度。

“雙表法”被很多相關(guān)國標(biāo)引用，如GB 38031-2020 [5]、GB 38032-2020 [6]等，其影響不言而喻，建議對(duì)“雙表法”進(jìn)行專業(yè)評(píng)估。

3 絕緣電阻其他測量方法

推薦使用“并接電阻法”，其核心做法就是在被測電路中并入一對(duì)至少小于電壓表內(nèi)阻至少2個(gè)數(shù)量級(jí)的等值電阻，這樣就可以忽略電壓表內(nèi)阻對(duì)被測電路的影響。該方法的測量原理依然采用通過已知電阻并入被測電路前后相關(guān)電壓變化情況，利用電工學(xué)相關(guān)原理聯(lián)立方程求出絕緣電阻。該方法的理論與實(shí)踐見參考文獻(xiàn)[7]。

“并接電阻法”測量方法如圖2所示。

（1）將一對(duì)等值小電阻Rx同時(shí)并入被測電路兩端，讀取電壓U1、U1′，如圖2（b）所示。

（2）在電壓較大端并入一個(gè)已知阻值測量電阻R0后，再讀取此時(shí)的電壓U2、U2′，如圖2（c）所示。

因?yàn)樵诒粶y電路中并入一對(duì)小于電壓表內(nèi)阻至少2個(gè)數(shù)量級(jí)的等值電阻后，就可以忽略電壓表內(nèi)阻對(duì)被測電路的影響，因此也可用一塊電壓表分別測量相關(guān)電壓。

“雙表法”與“并接電阻”的測量原理完全相同，具體測量方法卻形似而實(shí)不同：前者R0的取值較大、電壓表內(nèi)阻參與計(jì)算，后者選取適當(dāng)阻值的輔助電阻R0、Rx，以至于可以完全忽略電壓表內(nèi)阻對(duì)被測電路的影響。

4 結(jié) 論

本文通過電動(dòng)汽車有源電路絕緣電阻測量原理推導(dǎo)出了絕緣電阻計(jì)算公式，當(dāng)對(duì)公式參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)簡化時(shí)，就得出了與GB 18384-2020標(biāo)準(zhǔn)相同的絕緣電阻計(jì)算公式。實(shí)測發(fā)現(xiàn)，公式中的某些參數(shù)發(fā)生的微小變化會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的極大不穩(wěn)定，說明計(jì)算公式不具有魯棒性，建議慎用并進(jìn)行專業(yè)評(píng)估。本文推薦使用“并接電阻法”求解絕緣電阻。

參考文獻(xiàn)

[1]Electric road vehicles — Safety specifications —Part 1：On-board electrical energy storage：ISO 6469-1/02[S].日內(nèi)瓦，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，2009.

[2]Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to specific requirements for the electric power train：ECE-R 100/02[S].日內(nèi)瓦：聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)，2013.

[3]中華人民共和國工業(yè)和信息化部.電動(dòng)汽車 安全要求 第1部分：車載可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)（REESS）：GB/T 18384.1-2015[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[4]中華人民共和國工業(yè)和信息化部.電動(dòng)汽車安全要求：GB 18384-2020 [S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2020.

[5]中華人民共和國工業(yè)和信息化部.電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求：GB 38031-2020 [S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2020.

[6]中華人民共和國工業(yè)和信息化部.電動(dòng)客車安全要求：GB 38032-2020[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2020.

[7]高峰，張曉輝，劉雙東.電動(dòng)汽車絕緣電阻測量方法研究[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2021，46（24）：5-9.

作者簡介

高峰，通信作者，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槠囌嚠a(chǎn)品認(rèn)證測試及評(píng)價(jià)。

（責(zé)任編輯：袁文靜）