電動(dòng)汽車電氣絕緣檢測(cè)方法的研究

劉睿

摘 要：為了達(dá)到一定功率要求，電動(dòng)汽車需要多個(gè)蓄電池串聯(lián)使用，電池組的總電壓一般高于100V，純電動(dòng)大型客車的電壓高達(dá)500V，并且電動(dòng)汽車的使用環(huán)境比較惡劣，由于振動(dòng)、沖擊、溫度以及電池腐蝕性液體的影響。一旦因?yàn)榻^緣性能下降導(dǎo)致高壓系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，影響電動(dòng)汽車的正常使用，文章從電動(dòng)汽車的構(gòu)成出發(fā)，探究絕緣性能下降的原因，并提出如何檢測(cè)電氣絕緣的方法。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;絕緣電阻中圖分類號(hào)：U469.7 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）02-07-02

Abstract： In order to meet certain power requirements， electric vehicles need to use multiple batteries in series. The total voltage of the battery pack is generally higher than 100V， and the voltage of the pure electric bus is as high as 500V. Moreover， the use environment of electric vehicles is relatively poor due to the impact of vibration， shock， temperature and corrosive liquid of batteries. Once the problem of high voltage system caused by the decrease of insulation performance affects the normal use of electric vehicles， this paper starts from the composition of electric vehicles， explores the reasons for the decrease of insulation performance， and puts forward how to detect the electrical insulation.Abstract： in order to meet certain power requirements， electric vehicles need to use multiple batteries in series. The total voltage of the battery pack is generally higher than 100V， and the voltage of the pure electric bus is as high as 500V. Moreover， the use environment of electric vehicles is relatively poor due to the impact of vibration， shock， temperature and corrosive liquid of batteries. Once the problem of high voltage system caused by the decrease of insulation performance affects the normal use of electric vehicles， this paper starts from the composition of electric vehicles， explores the reasons for the decrease of insulation performance， and puts forward how to detect the electrical insulation.Keywords： Electric vehicle; Insulation resistanceCLC NO.： U469.7? Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）02-07-02

前言

電氣系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的基本構(gòu)成部分。取決于不同的應(yīng)用系統(tǒng)，電動(dòng)汽車的電氣系統(tǒng)通常分為低電壓系統(tǒng)和高電壓系統(tǒng)。低壓系統(tǒng)一般為車輛的開關(guān)、搭鐵、燈光系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)等提供電能電動(dòng)汽車低壓系統(tǒng)的12V電源主要有蓄電池供給，蓄電池由DC轉(zhuǎn)換器將高壓72V/64V轉(zhuǎn)換為12V供給低壓系統(tǒng)，低壓系統(tǒng)的構(gòu)造采用的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)是相應(yīng)的，可靠性較高。高壓系統(tǒng)將電能提供給高功率部件，比如驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。高壓系統(tǒng)主要由電源系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)設(shè)備組成，電源系統(tǒng)是由成千上萬(wàn)個(gè)電池組合而成，重量高達(dá)幾百公斤，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電機(jī)控制器和電機(jī)組成，電動(dòng)設(shè)備包括轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、電動(dòng)空調(diào)和電加熱設(shè)備。如果工作電壓過(guò)高，會(huì)對(duì)高電壓系統(tǒng)和汽車絕緣性能產(chǎn)生比較大的影響，所以要對(duì)電動(dòng)汽車的要求更高。如果高壓電線絕緣層老化或者是潮濕環(huán)境下，都會(huì)導(dǎo)致絕緣性能下降，一旦泄露電荷形成回路，會(huì)導(dǎo)致地盤電位升高。地盤點(diǎn)位過(guò)高時(shí)電流過(guò)熱會(huì)影響低壓系統(tǒng)的正常工作，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致燃燒，危急到駕駛?cè)藛T的人身安全，因此要定時(shí)檢測(cè)地盤的絕緣性能。

1 電動(dòng)汽車電氣絕緣性能的描述

電氣絕緣問(wèn)題一般都集中在高壓系統(tǒng)方面，下面以電動(dòng)汽車的高壓電氣系統(tǒng)為例描述電氣絕緣性能。

一般電源系統(tǒng)主要是由燃料電池組和鋰電子電池組組成。燃料電池組的輸出特性為下降特性，當(dāng)系統(tǒng)的輸出電流遞增到300A時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)一種下降的趨勢(shì)，輸出電壓從360V降為270v，而鋰電子電池組的電壓保持在350-420v之間，額定電壓為388v。為了使燃料電池組和鋰電子電池組協(xié)調(diào)可靠的運(yùn)行，需要加入一種斬波電路，來(lái)控制電流與功率的變化。電動(dòng)汽車的高壓系統(tǒng)輸出的功率供給空調(diào)系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)是直接安裝到底盤上的，每個(gè)系統(tǒng)都有獨(dú)立的電氣回路，但是系統(tǒng)與底盤之間沒有電路連接，所以整個(gè)高壓系統(tǒng)是封閉的。

2 電動(dòng)汽車電氣絕緣性能的檢測(cè)方法

電氣絕緣問(wèn)題一般都集中在封閉的高壓系統(tǒng)方面，對(duì)電氣絕緣性能的最好描述一般就是電阻，介質(zhì)的絕緣能力一般通過(guò)電阻的大小來(lái)表示，絕緣情況會(huì)在電阻大的時(shí)候變好，在電阻小的時(shí)候變差，將這種電阻稱為絕緣電阻。在進(jìn)行絕緣電阻的檢測(cè)中，一般采用電阻法、母線端電壓法和對(duì)稱電壓測(cè)量法來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。在直流電源和汽車底盤之間接入一個(gè)電阻，通過(guò)測(cè)量流過(guò)電阻的電壓或者電流來(lái)計(jì)算出絕緣電阻的值。

但是著傳統(tǒng)的這三種方法都有著一定的局限性，比如無(wú)法精確的計(jì)算母線雙端接地時(shí)的絕緣電阻;汽車運(yùn)行中處于電磁干擾環(huán)境，絕緣電阻的檢測(cè)精度變得極低，極易發(fā)生錯(cuò)誤;如果電池箱開路，甚至無(wú)法測(cè)量絕緣電阻。以此為基礎(chǔ)，建立了一種新的檢測(cè)方法，在電動(dòng)汽車的高壓電氣系統(tǒng)中，利用電源的正極引線電纜和負(fù)極引線電纜對(duì)底盤的絕緣電阻來(lái)反映電氣系統(tǒng)的絕緣性能。接入電阻的同時(shí)將采集處理單元引入，構(gòu)建阻抗網(wǎng)絡(luò)，主要通過(guò)電壓、電流傳感器測(cè)量電

壓U₀和電流I₀，在采集處理單元方面，引入intel的6位單片機(jī)即可，與此同時(shí)，單片機(jī)在導(dǎo)通后對(duì)電壓U₀和電流I₀大致判斷值的大小，通過(guò)控制三極管的導(dǎo)通與關(guān)斷，改正負(fù)極之間的等效電阻和電源的輸出電流I，根據(jù)U₀、I₀和R_eq之間的關(guān)系，計(jì)算出絕緣電阻R_g1和R_g2的值，同時(shí)檢測(cè)絕緣電阻是否達(dá)到閾值，并將信息輸出到單片機(jī)中。

在實(shí)際中運(yùn)行中，U₀的值波動(dòng)在一定范圍內(nèi)，基本保持不變。三極管產(chǎn)生的導(dǎo)通電壓也比較小，可以忽略不計(jì)，如果三極管T₁導(dǎo)通，此時(shí)接入的電阻R首先并聯(lián)正極絕緣電阻R_g1，然后在串聯(lián)負(fù)極絕緣電阻R_g2，用U₁和I₁來(lái)表示相應(yīng)的電壓及電流，則U₁=I₁（R_g2 +R_g1//R），同理可得在三極管T₂導(dǎo)通時(shí)的U₂=I₂（R_g2 +R_g1//R）的表達(dá)式。當(dāng)然在兩個(gè)三極管T₁、T₂都關(guān)斷的時(shí)候，這時(shí)的絕緣性能極低，立即輸出到單片機(jī)中。綜上所述，這種測(cè)量方式既簡(jiǎn)單又便于操作，電氣絕緣檢測(cè)利用這種檢測(cè)方法能夠有效的判斷絕緣電阻，準(zhǔn)確度也比較高，符合電動(dòng)汽車絕緣檢測(cè)的需求。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)電氣絕緣性能的最好描述一般就是電阻，介質(zhì)的絕緣能力一般通過(guò)電阻的大小來(lái)表示，電阻大的情況下電氣絕緣性能會(huì)變好，在電阻小的情況下電氣絕緣性能會(huì)變差，這種電阻被稱為絕緣電阻。雖然近些年來(lái)檢測(cè)電氣絕緣的方式層出不窮，帶來(lái)了很多新的技術(shù)理念，但是在檢測(cè)方法中需要考慮到成本和推廣范圍。利用研究發(fā)現(xiàn)，利用電阻構(gòu)建絕緣電阻的方式，是比較簡(jiǎn)便易推廣的方式，同時(shí)在編程中引入了單片機(jī)，這也為檢測(cè)電氣絕緣帶來(lái)了便利。如何做好電氣絕緣，對(duì)電動(dòng)汽車的性能有著非常重要的意義。

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