新能源汽车电气绝缘检测和监测方法的应用

伍 昆，虞成涛，张远鹏

（1.奇瑞商用汽车（安徽）有限公司，安徽 芜湖 241001；2. 江苏合智同创有限公司，江苏 常熟 215500）

新能源汽车电气绝缘检测和监测方法的应用

伍 昆1，虞成涛2，张远鹏2

（1.奇瑞商用汽车（安徽）有限公司，安徽 芜湖 241001；2. 江苏合智同创有限公司，江苏 常熟 215500）

介绍电动汽车绝缘电阻测试的基本要求，探讨和分析电动汽车绝缘电阻问题。

新能源汽车；绝缘电阻；检测方法

当前，能源危机和环境污染与日俱增，发展高效、节能、零排放的环保型纯电动汽车已成为国内外汽车工业发展的必然趋势。相比传统燃油车，电动汽车内含有高压部件，包括大三电（电机、电机控制器、动力电池）和小三电（电动压缩机和高压加热PTC、DC/DC、高压配电盒等附件 ）等。汽车新能源系统示意图如图1所示。

图1 汽车新能源系统示意图

高压系统和部件涉及绝缘问题，电动汽车（特别是混动车型）工作环境复杂，振动、温度、湿度以及部件老化等，都会使整车绝缘性能下降。一般在动力电池系统内装有一个绝缘监控系统模块，某些车型会把这个绝缘监测模块的功能集成到BMS上，也有的车型会直接使用一个绝缘监控模块。

绝缘监控模块主要的工作原理如下：动力电池正负极通过绝缘层与底盘构成电流回路，当整车绝缘下降时，整车漏电电流就会增大，漏电电流达到一定值时，将危及乘客安全以及整车电气系统的正常运行。因此，实时监测电动车辆高压系统对车辆的电气绝缘性能，确保车辆在绝缘状态下运行，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。在目前的电动汽车产品研发中，采用母线电压在“直流正极母线-底盘”和“直流负极母线-底盘”之间分压来表征直流母线相对于车辆底盘的绝缘程度。但是，这种电压分压法只能表征直流正、负母线对底盘的相对绝缘程度，无法判断直流正、负母线对底盘绝缘性能同步降低的情况。

1 相关标准法规的要求

国内外的电动汽车电气安全防范相关标准法规有很多，对于安全要求大致相近，主要以高压动力电池防护为核心，衍生出相关防护条款。各标准法规有详细的电动汽车绝缘阻抗的测量方法介绍以及相关规范说明，对于绝缘性能评估评判关键指标为绝缘强度（Ω/V），标准要求为≥500 Ω/V。其中，GB/T18384.3—2015《电动汽车安全要求》第 3 部分：人员触电防护中 6.7 规定在最大工作电压下，直流电路绝缘强度≥100 Ω/V；交流电路应至少≥500 Ω/V 。为满足以上要求，依据电路的结构和组件的数量，每个组件应有更高的绝缘电阻。SAE J1766 中4.4.3规定在系统标称电压下，直流电路绝缘强度≥500 Ω/V。

有关电动汽车零部件电气安全防范，国内相关标准包括 GB/T 18488.1—2015、 GB/T 24347—2009 以及GB/T 31467.3等。从国标分析可得，各个零部件对绝缘强度的要求相差较大，有的甚至接近整车的绝缘强度要求。实际上，整车高压系统包含多个部件，主要包括电机、电机驱动器、动力电池、PDU、电动压缩机、DC/DC、制动以及转向控制器等。如果各个零部件厂商按照国标对绝缘强度要求规定 100 Ω/V，那么整车各零部件总的绝缘阻抗就会远低于 100 Ω/V，整车绝缘阻抗不能满足国标绝缘要求。各个企业标准要求也不一样，对单个高压零部件特别是高压线束一般要求在所有端子之间、端子与屏蔽层之间、端子和护套之间施加500 V直流电压，保持1 min后测量绝缘电阻要求不小于20 MΩ。其指标高于 IEC/TR2 60497—1中提到人体没有任何感觉的阀值（交流电流为 2 mA 的安全指标）的要求。对应的直流电流的部件，漏电流指标高于 IEC/TR2 60497—1中提到人体没有任何感觉的阀值直流电流为 10 mA 的指标的要求。

2 检测条件

2.1 B级电压系统

1）测试要求说明。新能源车辆高压电路应按GB/T18384.3—2015中规定提供直接接触防护，布置在乘客舱或行李舱外部的B级高压电路（60～1 500 V）的防护性能应满足IP67的要求。各高压部件、接口的通断导致系统暴露产生潜在危险时， B级电压系统应自动不带电。

高压部件的外壳或遮挡物上应有清晰可见的警告符号，高压线束和电缆的外皮应用橙色加以区别。

2）动力电缆绝缘测试比较方便，可以在任何工位进行。

3）测试时确保钥匙处于OFF或拔出状态（即动力电池断开连接）。

4）电机和电池包以及高压用电器的检测，可以参考厂家的出厂检验报告。

测试电压应不小于B级电压系统的最大工作电压的直流电压，并施加足够长的时间以获得稳定的读数。

2.2 A级电压系统

如果高压B级系统负载带电部分相对于电平台和相对于辅助电力系统负载带电部分（A级电压）如12 V辅助蓄电池供电辅助系统，绝缘电阻的测量按以下步骤进行。

1）车载可充电储能系统（REESS）的端子从电力系统中断开。

2）B级电压系统除了动力电池之外的电源也需要将端子从电力系统中断开，如果无法断开也要停止供给能量。

3）电阻的测量应包括遮拦、外壳，除非能提供其他的评估，证明其不参与绝缘防护。

4）电力系统负载（B级电压）所有带电部分应相互连接。

5）电力系统负载所有外露可导电部分应与电平台相连接。

6）辅助电力负载（A级电压）的电池终端应从辅助电路中断开。

7）辅助电力系统（A级电压）所有带电部分应与电平台相连接。

8）测试电压应加载在相互连接的B级电压系统负载带电部分和电平台之间。用合适的设备进行测量（例如兆欧表，按提供所需的直流测试电压）。

3 检测方法

以高压线束和动力电池系统为例，对测试点的检测说明如下。

1）断开动力线缆与电器连接的相关插件，各端子说明如图2所示。

图2 高压动力电缆和动力电池系统测试端口说明

2）确保绝缘测试设备接线正确，接线及校准方式按说明书要求。

3）穿戴好绝缘手套，将绝缘表负极测试端子连接到车身（前舱盖锁固定螺栓），如图3所示。

4）绝缘表测试正极探头连接到总正插头或总负插头的端子，如图4所示。

图3 绝缘表负极端子连接

图4 绝缘表正极端子连接

5）连接完成后，按绝缘表上的测试键开始测试，仪表屏幕上会显示测试的电阻值。当所测试阻值大于测试量程时，仪表会显示大于符号以及目前量程的最大值。各端子测量情况如表1所示，满足绝缘要求。

表1 动力电池系统各端子绝缘阻值测量结果

4 绝缘强度区域划分和监测

绝缘强度区域分为高安全区域、安全区域、一般漏电告警区域、严重漏电告警区域以及高危害区域等5个区域；绝缘强度监测区域包括安全区域、一般漏电告警区域、严重漏电告警区域等3个区域。各区域定义如下。

高危害区域：车辆绝缘严重受损，危及人身安全。如电缆直接搭铁和高压用电器对搭铁短路等。

严重漏电告警区域：红色区域，存在绝缘问题。如电缆部分搭铁和高压用电器内部故障等。

一般漏电告警区域：黄色区域，存在轻微漏电现象。如电缆磨破等。

安全区域：绿色区域，绝缘良好。

高安全区域：绝缘很好。

其中严重漏电阀值与一般漏电阀值为临界区域，在此区域内可以根据国家标准及整车的指标进行报警设计。业内不同厂家对监测区域中严重漏电阀值、一般漏电阀值的设定值基本类似。例如：国内某电动汽车制造商对监测区域中漏电阀值分别设定为 200 kΩ、500 kΩ。

一般绝缘阻抗监测仪的监测范围较宽，为 0～30 MΩ。在这么宽的监测范围要保证绝缘精度比较难。绝缘电阻监测仪为监测设备，而不是精准的测量仪器，只需保证监测区的绝缘强度监测数据的准确性，满足测量精度之指标要求即可。对于高危害区域和高安全区域，监测精度要求可以放低。重点应该对严重漏电阀值与一般漏电阀值之间的区域监测精度严格把控（一般精度误差：100 kΩ＜绝缘电阻≤10 MΩ，精度小于±15%）。

对绝缘报警功能及精度测试，需待完成电源系统和零部件绝缘测试（绝缘值大于20 MΩ）后进行。一般测试过程为在电源总负和动力电池箱搭铁之间分别并入1 MΩ、500 kΩ和200 kΩ电阻，检测动力电池系统的BMS或绝缘监测模块监测到的绝缘阻值后做处理和判断。通过CAN信号上报绝缘漏电故障和绝缘强度区域相应的绝缘阻值，分别在仪表上显示“Normal”（绿灯）、“Warning”（黄灯）和“Fault”（红灯），同时依据GB/T 32960.3—2016《电动汽车远程服务与管理系统技术规范》第3部分整车数据部分，要求上报整车的绝缘电阻值数据到远程的监测平台，以方便监控管理以及救援，如图5所示。如检测结果与上述描述不一致，则加以记录并进行排查。如果行车过程中发生绝缘故障，一般按照故障的严重程度类别，分别做仪表报警和限制功率以及停车等处理。

图5 国标规定平台实时信息上报数据

5 结论

根据国内相关电动汽车绝缘电阻标准法规，探讨和分析了电动汽车绝缘电阻问题，得出以下结论，以供参考。

1）电动汽车绝缘电阻大体分两个级别：整车绝缘强度应该高于国标100 Ω/V 要求，建议不低于 500 Ω/V。高压零部件与壳体之间绝缘阻值应大于20 MΩ。

2）整车电气绝缘故障处理，建议分3个级别处理，并且按照安全级别的划分为安全区域、一般漏电告警区域、严重漏电告警区域3个区域。对于漏电应该提前进行预判和报警，在轻微漏电时，对整车功率进行限制并上报故障，做到重大故障发生前的控制，同时整车的绝缘电阻值也需要发送到远程监测平台，以方便监控管理以及救援。

The Application of Testing and Monitoring Methods For Electric Vehicle Insulation Resistance

WU Kun1， YU Cheng-tao2， ZHANG Yuan-peng2
（1. Chery Holding Co.， Ltd.， Wuhu 241001； 2. Jiangsu In Vehicle Technology Co.， Ltd.， Changshu 215500， China）

This article introduces basic requirements of EV insulation resistance test， discusses and analyzes issues of insulation resistance.

EV； insulation resistance； testing method

U469.72

A

1003-8639（2017）12-0009-03

2017-02-14；

2017-03-06

伍昆（1977-），男，高级工程师，从事新能源电池包系统及高压附件设计工作；虞成涛（1989-），男，工程师，从事新能源高低压线束设计工作；张远鹏（1979-），男，总经理，从事汽车电子产品和新能源高压附件产品研发多年。

（编辑 心 翔）