電動(dòng)汽車絕緣電阻如何在線檢測

1、電動(dòng)汽車絕緣電阻如何在線檢測?來源：互聯(lián)網(wǎng)電動(dòng)汽車是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電一體化產(chǎn)品，其中的許多部件包括動(dòng)力電池、電機(jī)、充電機(jī)、能量回收裝置、輔助電池充電裝置等都會(huì)涉及高壓電器絕緣問題。這些部件的工作條件比較惡劣，振動(dòng)、酸堿氣體的腐蝕、 溫度及濕度的變化， 都有可能造成動(dòng)力電纜及其他絕緣 材料迅速老化甚至絕緣破損，使設(shè)備絕緣強(qiáng)度大大降低，危及人身安全。目前發(fā)電廠、變電站等場所直流高壓系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測技術(shù)有多種方式，但都存在一些缺點(diǎn)，如繼電器檢測方式靈敏度低，平衡電橋法在正負(fù)極絕緣同時(shí)降低時(shí)不能準(zhǔn)確及時(shí)報(bào)警，注入交流信號(hào)法不僅會(huì)使直流系統(tǒng)紋波增大，影響供電質(zhì)量，而且系統(tǒng)的分布電容會(huì)直接影響測量結(jié)果，分辨率

2、低。與電力系統(tǒng)直流絕緣監(jiān)測不同的是，電動(dòng)汽車直流系統(tǒng)電壓等級(jí)涵蓋90500V的寬范圍，而且運(yùn)行過程中電壓頻繁變化。文中提出的利用端電壓監(jiān)測系統(tǒng) 絕緣狀況的方法可以較好地解決上述問題，具有較高的精度，完全適合在電動(dòng)汽車上應(yīng)用。絕緣電阻測量原理電動(dòng)汽車的絕緣狀況以直流正負(fù)母線對(duì)地的絕緣電阻來衡量。電動(dòng)汽車的國際標(biāo)準(zhǔn)1規(guī)定：絕緣電阻值除以電動(dòng)汽車直流系統(tǒng)標(biāo)稱電壓U，結(jié)果應(yīng)大于100Q/V,才符合 安全要求。標(biāo)準(zhǔn)中推薦的牽引蓄電池絕緣電阻測量方法適用于靜態(tài)測試，而不滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測的要求。文中通過測量電動(dòng)汽車直流母線與電底盤之間的電壓，計(jì)算得到系統(tǒng)的絕緣電阻值。假設(shè)電動(dòng)汽車的直流系統(tǒng)電壓（即電池總電壓）為

3、U,待測的正、負(fù)母線與電底盤之間的絕 緣電阻分別為RP、RN，正、負(fù)母線與電底盤之間的電壓分別為UP、UN，則待測直流系統(tǒng)的等效模型如圖1中的虛線框內(nèi)所示。圖1為電動(dòng)汽車絕緣電阻測量原理，圖中RC1、RC2為測量用的已知阻值的標(biāo)準(zhǔn)電阻。工作原理如下：當(dāng)開關(guān)S1、S2全部斷開時(shí)， 測量正、 負(fù)母線與電底盤之間的電壓分別 為UPO、UNO，由電路定律2可以得到UPO/RP=UNO/RN(1)當(dāng)開關(guān)S1閉合、S2斷開時(shí)，則在正母線與電底盤之間加入標(biāo)準(zhǔn)偏置電阻RC1，測量正、負(fù)母線與電底盤之間的電壓分別為UPP、UNP，同樣可以得到測量結(jié)果誤差分析阻計(jì)算得到，最終結(jié)果的精度與電壓測量和標(biāo)準(zhǔn)電阻的精度直

4、接相關(guān)。盼u UKr由衣試(2W求解可以爾劇(4)同樣，絕緣電阻在以下2種情況也可以得到：S1、S2全部斷開和S1斷開、S2閉合;(2)S1閉合、S2斷開和S1斷開、S2閉合。由上述計(jì)算公式可知,絕緣電阻RP、RN的具體數(shù)值由4個(gè)測量電壓值和已知標(biāo)準(zhǔn)電另外， 開關(guān)動(dòng)作電池電壓隨汽車加、減速的變化對(duì)結(jié)果的影響也應(yīng)分析。（一） 測量參數(shù)對(duì)精度的影響假設(shè)電池總電壓U保持不變，UPO、UNO、UPP、UNP的測量相對(duì)誤差分別為 丫p0丫NOYPPYNP標(biāo)準(zhǔn)電阻RC1的相對(duì)誤差為 丫RC待測的RP、RN的實(shí)際值為RP0、RN0,且在測量過程中保持不變，根據(jù)誤差理論的誤差絕對(duì)值合成法3可以得到RP、RN的

5、相對(duì)誤差丫RPYRr分別為：r j I分析可知，系統(tǒng)的總誤差與標(biāo)準(zhǔn)電阻阻值和被測電阻之間的比例有直接的關(guān)系。當(dāng)C1nRP0時(shí)，系統(tǒng)的測量誤差最小。此時(shí)假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)電阻的誤差可以忽略不計(jì)，電壓測量誤差丫p0=YN0=Ypp=YNP=Y如果要求計(jì)算結(jié)果的總誤差丫三5%則電壓測量的誤差必須滿足YVW1125%。然而，電動(dòng)汽車在實(shí)際長期運(yùn)行過程中系統(tǒng)的絕緣電阻是變化的，而且RC1阻值不可能很小（否則直接降低了電動(dòng)車的絕緣狀況），阻值可以在靜態(tài)測量時(shí)的100500Q N之間選擇，因此實(shí)際誤差要更大。例如，對(duì)于標(biāo)稱300V的電動(dòng)汽車直流系統(tǒng)，選擇RC1=30kQ，若要求絕緣電阻在最小值30kQ時(shí)也滿足測量結(jié)果

6、誤差小于5%，則必須使電壓測量誤差小于0.625%。（二）電池電壓瞬變的影響電動(dòng)汽車的絕緣電阻一般來講是緩變參數(shù)，而測量過程很快，因此可以認(rèn)為測量過程 中實(shí)際待測絕緣電阻阻值保持不變。假設(shè)利用式（3）、式（4）對(duì)應(yīng)的檢測方法，在S1、S2全部斷開時(shí)電池電壓為U,U=UP0+UN0，而S1閉合、S2斷開時(shí)電池電壓為U,U=UPP+UJNP由式（3）、式（4）可以得到將式 （5） 、 式 （6） 分別與式 （3） 、 式 （4） 比較可知， 要得到正確的結(jié)果， 必須保 證UNP/U PP=UNP/UPP成立。對(duì)于實(shí)際絕緣電阻不變的情況下，參照?qǐng)D1所示電路，依據(jù)電路基本定律可以得到RN/（RP/RC

7、1）（式中RP/RC1為2個(gè)電阻RP與RC1的并聯(lián)值，以下相同），該值在短暫的測量過程中可以作為恒值處理，但必須保證測量過程中對(duì)電壓UPO、UN0采樣的同時(shí)性和對(duì)UPP、UNP采樣的同時(shí)性，否則破壞了上述計(jì)算方 法的正確條件。系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于上述方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，主要完成如下幾方面功能：正負(fù)母線對(duì)電底盤的電壓測量、標(biāo)準(zhǔn)偏置電阻的投切控制、報(bào)警參數(shù)設(shè)置、聲光報(bào)警電路、液晶顯示及通信。整個(gè)系統(tǒng)的硬 件結(jié)構(gòu)如圖2所示。（一）偏置電阻的自動(dòng)配置標(biāo)準(zhǔn)偏置電阻的選擇應(yīng)遵循以下原則：（1）基本不影響被測系統(tǒng)原有的絕緣性能； （2） 要兼顧系統(tǒng)的測量精度要求；（3）根據(jù)系統(tǒng)電壓等級(jí)自動(dòng)配置不同等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)阻值；（4）

8、 高精度，低溫漂系數(shù)。系統(tǒng)的實(shí)際偏置電阻配置如表1所示。表1直流母織電質(zhì)勺偏訛電審對(duì)電旺 V$0 -150ISO-2503$0 -4W4 SOtl ffi W100200300助審W4$tto（二）電壓測量電路由上述分析可知，在標(biāo)準(zhǔn)偏置電阻確定的情況下，電壓檢測的精度直接決定了最終結(jié)果的精度。一般來講，電動(dòng)汽車的標(biāo)稱電壓在90500V之間，運(yùn)行過程中電池電壓存在一定的波動(dòng)范圍，并且待測絕緣電阻也有一定的變化范圍，因此，通用型監(jiān)測系統(tǒng)的電壓測量電路必須保證在全范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)等精度的測量，而且正、負(fù)母線對(duì)地電壓的測量必須同時(shí)完成。文中采用低溫漂精密電阻分壓電路，結(jié)合雙積分型高分辨率的A/D實(shí)現(xiàn)了等精度

9、測量,主控單元與測量電路采用光電耦合器隔離。該種方法與采用LEM電壓傳感器的測量方案相比，克服了后者的溫漂、零點(diǎn)漂移等問題，同時(shí)避免了其需要的10mA左右的工作電流影響被測系統(tǒng)的絕緣性能的缺點(diǎn)。正、負(fù)母線對(duì)地電壓的測量電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)完全一致，其采集過程由CPU控制同時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，滿足測量參數(shù)的同時(shí)性。（三）系統(tǒng)核心一一CPUCPU選用Motorola推出的HCS12系列16位MCU29S12DJ644，內(nèi)部除中央處理單元CPU12夕卜，不僅集成了FLASH、EEPROM及RAM存貯器，而且還集成CAN、B DLC、SCI、SPI和HSIO等多種接口，功能豐富，速度高、功耗低、性價(jià)比高、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

10、 簡單，同時(shí)芯片支持背景調(diào)試模式和大容量存貯器擴(kuò)展。FLASH存貯器具有快速編程能力，靈活的保護(hù)與安全機(jī)制，而且擦除和寫入無需外部加高電壓。試驗(yàn)結(jié)果該系統(tǒng)分別在汕頭國家電動(dòng)汽車試驗(yàn)示范區(qū)和浙江萬向集團(tuán)電動(dòng)汽車開發(fā)中心的電動(dòng) 中巴車和電動(dòng)轎車上進(jìn)行了裝車運(yùn)行試驗(yàn)。在汕頭的一輛中巴車上安裝系統(tǒng)時(shí)，接線人員不小心用手碰到了正母線，馬上有被電 的感覺。中巴車額定電壓110V,因此報(bào)警值設(shè)定為11kQ。系統(tǒng)接線完成后進(jìn)入正常工作， 馬上就發(fā)出聲光報(bào)警。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，正、負(fù)母線對(duì)車體的絕緣電阻分別僅為112kQ和2kQ，明顯低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全閾值，因此汕頭方面馬上對(duì)車進(jìn)行了改造。這說明監(jiān)測系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障

11、并通知使用者，提高電動(dòng)車使用的安全性。（一）試驗(yàn)過程試驗(yàn)中利用CAN接口將測量參數(shù)與計(jì)算結(jié)果發(fā)送給監(jiān)控筆記本電腦以記錄數(shù)據(jù)。具體試驗(yàn)過程如下：首先，禾U用該系統(tǒng)測量試驗(yàn)車輛自身固有的正負(fù)絕緣電阻RP0、RN0;然后，為了測試監(jiān)測系統(tǒng)的功能，在電動(dòng)車實(shí)際運(yùn)行過程中，人為地向正負(fù)母線分別并入一系列的 標(biāo)準(zhǔn)電阻，改變電動(dòng)車的絕緣電阻值，以測試系統(tǒng)針對(duì)不同的絕緣電阻值的測量情況。（二）部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，禾U用系統(tǒng)測量電動(dòng)車的RP0、RN0，結(jié)果2個(gè)阻值都顯示為6.5MQ。由于系統(tǒng)的測量阻值上限為6.5MQ，當(dāng)電阻的測量結(jié)果超出上限時(shí)系統(tǒng)也會(huì)顯示為上限值，因此說明試驗(yàn)用電動(dòng)車的初始絕緣狀況良好。

12、保持RNI=2000kQ不變，令RPI=1000kQ，記錄RPM、RNM。然后改變RPI的阻值大小，記錄相應(yīng)結(jié)果，如表2所示。保持RPI=2000kQ不變，令RNI=1000kQ，記錄RPM、RNM。然后改變RNI的阻值大小，記錄相應(yīng)結(jié)果，如表3所示。& 3實(shí)際裝車運(yùn)行試撿崗試結(jié)果匚)正2 040i OOO2 000:040:000I 0001 9J41屮1皿1 $351 9J5 1斷母-3* J 0 3H0* y 3* 4 2J 65I ?421 21 9風(fēng)I卻1辭:；110 4)gi0. 360311 JOT2501005025礦10049.224.3“ %-1. &-0

13、6-C. E0-1-0-匕EJ 也隔100：4 4;一沁4 41c :J.4-DOL2G0.41表中參數(shù)意義如下：RPI為正母線與車體之間并入的試驗(yàn)電阻；RNI為負(fù)母線與車體之間并入的試驗(yàn)電阻；RPM為正母線絕緣電阻的測量值；RNM為負(fù)母線絕緣電阻的測量值；YP為正母線電阻測量結(jié)果與實(shí)際值的誤差；YN為負(fù)母線電阻測量結(jié)果與實(shí)際值的誤差；RPC為正母線絕緣電阻的理論計(jì)算結(jié)果；RNC為負(fù)母線絕緣電阻的理論計(jì)算結(jié)果；丫PMC為正母線電阻測量結(jié)果與理論計(jì)算的誤差；丫NMC為負(fù)母線電阻測量結(jié)果與理論計(jì)算的誤差。其中 PMC= (RFC-RPM) /RPI (RNCTNH) /RNI由于整車絕緣良妹雌迥程中正.負(fù)絕緣電陰的實(shí)際值即爪分別可以表* I麗 0 伽 I)希因而 P= (RPM-RPA) /RPA (RPI-RPI) /RPI N= (M-RNA) /RN4 (IOTI-RNI)ZRNI根據(jù)上述測量數(shù)據(jù)及誤差計(jì)算可知：(1)系統(tǒng)測量結(jié)果與理論計(jì)算的誤差丫PMC丫NMC在土015%以內(nèi)。誤差主要是由計(jì)算過程的近似以及對(duì)測量參數(shù)的舍入處理造成的，兩者結(jié)果