高壓絕緣電阻監(jiān)測(cè)應(yīng)用技術(shù)分析

馮志強(qiáng) 王旭文 紀(jì)輝 馬嘉 李君

摘 要：在高壓直流系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)，就需要應(yīng)用高壓絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行診斷。雖然在當(dāng)前，我國(guó)對(duì)高壓絕緣的監(jiān)測(cè)還不是強(qiáng)制性要求的體制，但是交流高壓絕緣、直流高壓電阻的同時(shí)在線監(jiān)測(cè)應(yīng)用技術(shù)會(huì)成為一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。本文就從高壓回路以及混合動(dòng)力控制原理的角度，探討分析高壓絕緣電阻的監(jiān)測(cè)應(yīng)用技術(shù)。

關(guān)鍵詞：高壓絕緣電阻；監(jiān)測(cè)；技術(shù)

電動(dòng)汽車和油電混合動(dòng)力汽車的主要部件（電動(dòng)機(jī)、直流電母、發(fā)電機(jī)、動(dòng)力電池以及輔助電池充電裝置等），長(zhǎng)期在較為惡劣的條件下工作運(yùn)行，這些部件不僅與高壓電氣絕緣問(wèn)題有關(guān)，在氣候溫濕度變化以及振動(dòng)變化的情況下，均有可能出現(xiàn)動(dòng)力電纜，和其他絕緣材料的快速老化，大大削弱了絕緣功能強(qiáng)度。這樣的情況對(duì)駕駛員和乘車人員的人身安全均有危及，且對(duì)車輛控制器和低壓電器的正常工作也有影響。所以本文以一款混合動(dòng)力車來(lái)探討分析高壓絕緣電阻監(jiān)測(cè)的應(yīng)用技術(shù)。

一、高壓絕緣電阻

電動(dòng)汽車和油電混合動(dòng)力汽車的高壓電氣系統(tǒng)，是利用負(fù)極引線電纜、正極引線電纜來(lái)對(duì)地盤(pán)絕緣電阻進(jìn)行監(jiān)測(cè)的（電動(dòng)車和混合動(dòng)力車的高壓系統(tǒng)是與地盤(pán)封閉且絕緣的電力系統(tǒng)），并以此來(lái)反應(yīng)電氣系統(tǒng)的絕緣性強(qiáng)弱。絕緣電阻的在線監(jiān)測(cè)中，混合動(dòng)力系統(tǒng)控制高壓與車輛底盤(pán)間的絕緣電阻。在高壓通過(guò)特定電阻量和車輛底盤(pán)絕緣的情況下，能避免潛在構(gòu)成危險(xiǎn)的電流通道，混合動(dòng)力系統(tǒng)將會(huì)對(duì)高壓泄露到車底盤(pán)監(jiān)測(cè)到的情況進(jìn)行故障診斷碼的設(shè)置。另外，電池能量控制模塊和電機(jī)控制模塊將會(huì)對(duì)高壓直流與底盤(pán)之間的絕緣狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

二、混合動(dòng)力控制系統(tǒng)和主要功能部件簡(jiǎn)介

（一）位于混合動(dòng)力電池總成內(nèi)的電池能量控制模塊，也叫作驅(qū)動(dòng)電機(jī)電池控制模塊。在電池能量控制模塊中有幾個(gè)系統(tǒng)需要進(jìn)行監(jiān)控，以保持適當(dāng)?shù)某潆娝?。這幾個(gè)系統(tǒng)主要有電流測(cè)量、混合動(dòng)力電池電壓測(cè)量以及高壓互鎖環(huán)路系統(tǒng)等；

（二）包含在驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電機(jī)電源逆變器模塊內(nèi)的混合動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊，是混合動(dòng)力操作的主要控制器。這一模塊的主要作用是對(duì)混合動(dòng)力操作模式的執(zhí)行進(jìn)行確定。比如對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)停止以及再生制動(dòng)。將蓄電池能量控制模塊與動(dòng)力總成控制模塊聯(lián)合，能對(duì)禁用和啟用高壓直流高壓電路進(jìn)行確定；

（三）由電池能量控制模板、混合動(dòng)力電池組、通風(fēng)風(fēng)扇以及高壓接觸器、電流限制接觸器等部件組成蓄電池組；

（四）由兩個(gè)電機(jī)控制模塊、混合動(dòng)力控制模塊以及輔助設(shè)備電源模塊組成的驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電機(jī)電源逆變器模塊總成。將高壓直流電源轉(zhuǎn)換為三相交流電源則是需要驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電機(jī)電源逆變器執(zhí)行。其中各個(gè)電機(jī)控制模塊分別對(duì)各自的電機(jī)發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制；

（五）根據(jù)混合動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊，電機(jī)控制指令驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)發(fā)電機(jī)，是電機(jī)控制模塊A、B的功能。電機(jī)控制模塊按照順序?qū)Ω唠娏骶w管進(jìn)行切換，是電機(jī)控制模塊控制電機(jī)方向、速度以及扭矩輸出的方法，也叫絕緣門(mén)雙極晶體管。

三、高壓絕緣電阻監(jiān)測(cè)應(yīng)用技術(shù)討論

（一）混合動(dòng)力高壓控制基本原理

在混合動(dòng)力電池中，包括一定數(shù)量單獨(dú)的電池模塊，也叫驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電機(jī)電池。各個(gè)電池模塊的額定電壓（7伏）直流電串聯(lián)在一起，輸出的電壓大概在300伏左右。當(dāng)負(fù)極電線和正極電線的總成顏色呈現(xiàn)橙色時(shí)，表示高壓電池有高壓。通過(guò)高壓直流電線從車底對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電機(jī)電源逆變模塊的也是直流電壓。

正高壓、負(fù)高壓以及電流限制接觸器構(gòu)成三個(gè)接觸器。接觸器讓車輛和高壓直流電池相連接，或者將直流高壓安全地限制在混合動(dòng)力電池總成內(nèi)；另外將繼電器和繼電器殼接地連接是采用電線來(lái)進(jìn)行電路控制的。放掉電容器內(nèi)存儲(chǔ)的電能是采用的包含電阻電路和電容器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)大電機(jī)電源逆變器模塊進(jìn)行的。當(dāng)高壓接觸器處于開(kāi)路狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部電阻電路的高壓正極、負(fù)極電路就會(huì)由混合動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊連接。

（二）驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電機(jī)蓄電池的每個(gè)桿上與由高壓直流電纜驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電機(jī)控制模塊總成連接。正極和負(fù)極高壓直流電蓄電池桿與車輛底盤(pán)之間通過(guò)一定的電阻量進(jìn)行絕緣，驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電機(jī)蓄電池總成內(nèi)的高電流、高壓接觸器打開(kāi)、關(guān)閉中包含高壓直流電纜。高壓負(fù)極電路和高壓正極電路底盤(pán)接地間的電阻，由使用交流電監(jiān)測(cè)方法的電池能量控制模塊進(jìn)行比較。由電池能量控制模塊來(lái)對(duì)300伏高壓直流絕緣狀態(tài)進(jìn)行確定。監(jiān)測(cè)電池能量控制模板是否處于絕緣狀態(tài)，是在高壓負(fù)極接觸器打開(kāi)和點(diǎn)火關(guān)閉后進(jìn)行的。

（三）通過(guò)三條電纜將電機(jī)發(fā)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電機(jī)電源逆變器模塊總成相連接，成為三相交流電流。由混合動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊來(lái)確定300伏三相交流電流的絕緣狀態(tài)。對(duì)高壓負(fù)極電路、高壓正極電路和底盤(pán)接地間的電阻比較，則是通過(guò)使用直流電監(jiān)測(cè)方法的混合動(dòng)力系統(tǒng)控制模板來(lái)進(jìn)行。

（四）混合動(dòng)力控制模板在沒(méi)有辦法確認(rèn)底盤(pán)與高壓總線之間是否完全絕緣的時(shí)候，該系統(tǒng)模板就會(huì)將高壓交流狀態(tài)設(shè)定為未定。（1）在執(zhí)行初始監(jiān)測(cè)的時(shí)候，高壓接觸器處于斷開(kāi)狀態(tài)；（2）混合動(dòng)力系統(tǒng)控制模板在執(zhí)行絕緣測(cè)試之后，會(huì)確定高壓絕緣狀態(tài)的失敗或者成功。混合動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊決定高壓絕緣的狀態(tài)，主要是根據(jù)被動(dòng)監(jiān)測(cè)、主動(dòng)監(jiān)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行。

四、總結(jié)語(yǔ)

油電混合動(dòng)力汽車或者電動(dòng)汽車的主要部件中包含了電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)以及動(dòng)力電池等裝置，而這些部件的工作條件較為惡劣，會(huì)出現(xiàn)高壓電氣的絕緣問(wèn)題，有很大可能會(huì)造成動(dòng)力電纜或者其他絕緣材料的迅速老化，從而降低絕緣強(qiáng)度，危及駕駛員的安全。本文對(duì)高壓絕緣電阻監(jiān)測(cè)應(yīng)用技術(shù)的分析，主要是從混合動(dòng)力控制原理、高壓回路等方面進(jìn)行的。明確分析了在混合動(dòng)力控制系統(tǒng)中，被動(dòng)監(jiān)測(cè)、主動(dòng)監(jiān)測(cè)兩種方法能在高壓絕緣在線監(jiān)測(cè)中同時(shí)應(yīng)用，并能對(duì)高壓絕緣有沒(méi)有減弱或流失進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的判斷。

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