绝缘测量在新能源汽车中的应用分析

绝缘测量在新能源汽车中的应用分析

龙基智徐建辉

(优利德科技(中国)股份有限公司)

摘要：当前世界各地能源危机和环境污染与日俱增，发展高效、节能、零排放的环保型新能源纯电动汽车已成为国内外汽车工业发展的第一方向。新能源纯汽车将来会取代传统能源汽车而存在是不可逆转的趋势，那么新能源纯电动汽车的用车安全尤为重要，没有可靠的鉴定检验会造成重大的生命财产损失。

关键词：新能源；电动汽车；鉴定检验；财产损失；

前言：

当前，能源危机和环境污染与日俱增，发展高效、节能、零排放的环保型新能源纯电动汽车已成为国内外汽车工业发展的必然趋势。新能源汽车的发展前景广阔，必然会成为未来世界的主要出行交通工具。新能源汽车被广泛认为是解决汽车尾气污染和石油能源短缺等问题的主要途径，随着掌握新能源汽车的技术在不断攀升，新能源汽车的市场占有率在壮大和发展，对其关键各零部件的产品性能、可靠性、安全性、稳定性也提出越来越高的要求。

但现阶段新能源汽车的安全事故比比皆是，就拿近两个月来说：

2019年6月14日下午三时许，一辆蔚来ES8在武汉市汉西建材市场停车场发生燃烧。现明火已被扑灭，未发生人身伤亡及其他财产损失。

6月15日就有一辆力帆品牌的新能源汽车在同一位置自燃甚至发生爆炸，燃起熊熊大火，所幸的是此次事故均未造成人员伤亡。

2019年5月3日，一辆特斯拉ModelS在美国旧金山的一个私人车库中自燃。所幸没有人员伤亡。

2019年4月21日晚8时许，上海徐汇区裕德路泰德花苑小区地下车库内，一辆特斯拉轿车突然冒出白烟，进而起火燃烧，火势还殃及了周遭停泊的其他车辆。所幸没有人员伤亡。

能够看出新能源汽车的安全事故比较频繁，从事故的原因来分析，与绝缘／绝缘失效／绝缘击穿有直接或间接关系，因此做好新能源汽车内的基础绝缘和绝缘测试应为重中之重。

从新能源汽车的高压系统来分析，电动汽车内的高压部件，包括动力电池，驱动电机，高压配电箱（PDU），电动压缩机，电压转换电器(DC/DC)，车载充电器(OBC)，电加热器(PTC)，高压线束等高压系统部件都涉及绝缘问题。电动汽车工作使用环境复杂，会在有高温高湿强振动等环境里长时间使用或存放，会使各部件造成老化，从而降低整车绝缘性能。一般电动汽车会在动力电池系统内装有一个绝缘监控系统模块，有些车型会把这个绝缘监测模块的功能集成到BMS(锂电池管理系统)上，并直接使用一个绝缘监控模块。

这种绝缘监控模块主要的工作原理为：动力电池正负极通过绝缘层与底盘构成电流回路，对整车绝缘进进行实时监控；当车内有绝缘下降时，整车漏电电流就会增大，漏电电流达到一定值并危及乘客安全以及整车电气系统的正常运行时，及时输出绝缘出问题警告提示使用者送修或送检。实时对电动车内高压系统电气绝缘性能监控，确保车辆在绝缘良好的状态下运行，对保证乘客人身安全、电气设备正常工作以及车辆安全运行具有重要意义。车内自带的绝缘监控模块是对整车运行时的绝缘性能监控，但还有未监控到的地方很多，如充电线路系统、DC/DC转换系统、电机及电机控制器系统、高压系统部件等，如果要做到真正安全，必须得每个部件系统都应该实时绝缘监控。

1、技术分析：

目前新能源汽车绝缘监测工作原理主要包括电流传感法、对称电压测量法、桥式电阻法、低频直流脉冲信号注入法等。其中低频信号注入法应用最为广泛。进行低频信号注入法进行测试时，测试系统内部产生一个低频正负对称方波信号，通过绝缘阻抗监测仪连接端子与直流高压系统和底盘之间的绝缘电阻构成交流测量回路，通过对采样电阻上分压的采集计算，可推算得出交流测量回路绝缘电阻值大小。

1.1、低频直流脉冲信号法

是现阶段新能源电动汽车主要应用的绝缘测量方法，低频直流脉冲信号注入法是将一端直流脉冲信号直接注入到汽车电气系统中，而另一端连车体将信号采集回来，通过计算采集回来幅值来推算其绝缘电阻。由于注入低频直流脉冲信号相对较高，其主要缺点非常明显一是向直流系统注入直流脉冲信号，实际上是给直流系统引入了一个干扰源，影响直流系统的正常工作。二是全车多个部件成容性或感性，这种成容性或感性的部件直接影响注入法测量得到的测试结果。三是在直流系统注入直流脉冲测量信号，当注入直流脉冲测量信号幅值与直流系统不能完全一致，反应出来的绝缘电阻值也会有所不同，不能真实有效反应出直流系统的绝缘情况。

1.2、辅助电源法

将蓄电池正极与待测高压电源的负极相连，蓄电池负极与车辆外壳一点实现接地，在待测系统绝缘性能良好的情况下，蓄电池没有电流回路，漏电流为零，在待测系统绝缘性能变差时，蓄电池通过绝缘层，形成闭合回路，产生漏电流，根据漏电流的大小报警。其缺点也非常明显直接将蓄电池的一点接地，这在电动汽车上是不可取的。

1.3、平衡电桥法

我们认为待测系统正负极到地都有一个固定的绝缘电阻存在，当绝缘良好的情况下这两个电阻可以认为接近相等，如果将电源正负极作为两个桥臂，地作为一个桥臂，另外在正负极之间串联两等值大电阻，电阻之间是一个桥臂，这样构成了一个平衡电桥电路。利用电桥电路的原理，在绝缘良好的情况下，流过两桥臂的电流为零，一旦一端绝缘下降，电桥便失去平衡，就会有电流流过两桥臂。根据该电流的正负可以进一步判断漏电流是来自电源的正极还是负极。此方法的缺点是对电路精度要求很高，同时在正负绝缘同时降低时不能准确及时报警。现有的上述方法都存在上述各种问题，因此，很有必要对此加以解决。

就车辆运行时，最常用的通过低频直流脉冲信号注入法测试的绝缘阻抗包含直流以及直流脉冲成分。其中直流脉冲成分与整车系统的分布电容、杂散电感等因素有关，同时不同零部件构成的系统等效的阻抗特性也会不同，随着测试工况、测试环境变化同样会产生变化。电动汽车系统中，电机在不同转速下对应的频率不同，因此系统的容抗、感抗会随着测试转速不同而产生变化。电机绕阻对电机壳体的分布电容也会随着转速以及环境温度的变化等因素而产生变化。因此，系统本身的阻抗特性是会随着系统的运行而时刻发生改变，所测出的绝缘阻抗值成动态特性。

2、实践应用

新能源汽车要做到因绝缘问题引起的用车安全，我觉得要分两方面来做就更安全可靠一些：一、是车辆运行时的绝缘监控；为了避免前面分析方法带来的缺点，注入低频低压正玄交流波信号进行车辆运行时的绝缘监控，其优点：1，在于低频低压正玄波信号对汽车的直流系统不会带去强干扰；2，汽车的直流电压系统也干扰不到我的正玄波测量信号；3，交流正玄波测量频率选低一些，使车内的一些成容性器件对它的测量误差影响较小；4，可持续注入低频低压正玄交流波信号进行实时监控，车辆运行时的动态绝缘阻抗特性也能随时监控得到。利用低频低压正玄波信号注入法做到以上几点，我觉得会优于低频直流脉冲信号法；也因为注入的是低频低压正玄交流波信号，还有不确定的成份在里面，那就是不能模拟车内真实高压直流供电系统及高压控制系统的情况，所以我想会引入第二项，定期做专业车内部件的直流高压输出绝缘检测。

二、项定期车内部件的直流高压输出绝缘检测此要求会更高一些，专业人员用专业人员绝缘测量仪表对单个部件做检查，每个部件的工作电压是多少，绝缘测量仪表对应输出同样高的电压进行测试，模拟各部件工作时的情况做绝缘测试，按新能源汽车单部件绝缘标准进行一一排查，绝缘测量仪最后会将各部件的绝缘测试结果以报表是否测试合格的方式输出给检验员和使用者；让使用者充分掌握此车的绝缘情况，做到用车放心。

结语：

综上以述，新能源电动汽车的新起给人们带来了实惠，减轻能源紧缺压力和环境污染压力，但同时也带来了新的安全隐患，因为新的安全隐患是属于未知的情况，那我们得想办法让它变成已知数据，则会产生一系列新能源电动汽车测量仪表进行测量，其中绝缘测量属于重点检定、检测、监控项目；新能源电动汽车的逐渐普及，引领绝缘测量仪表从之前的电力电气绝缘测量应用扩展到新能源电动汽车领域的绝缘测量应用，由于新能源电动汽车供电系统、动力系统、充电系统与传统电力系统不是一样，可能目前绝缘测量方案或仪表并不能完全适用于新能源电动汽车领域，有待我们根据新能源电动汽车电力系统去开发出更加适合该系统的绝缘测量方案及其绝缘测量仪表应用。