电动汽车电气绝缘检测方法的研究

刘睿

摘 要：为了达到一定功率要求，电动汽车需要多个蓄电池串联使用，电池组的总电压一般高于100V，纯电动大型客车的电压高达500V，并且电动汽车的使用环境比较恶劣，由于振动、冲击、温度以及电池腐蚀性液体的影响。一旦因为绝缘性能下降导致高压系统出现问题，影响电动汽车的正常使用，文章从电动汽车的构成出发，探究绝缘性能下降的原因，并提出如何检测电气绝缘的方法。关键词：电动汽车;绝缘电阻中图分类号：U469.7  文献标识码：B  文章编号：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

電气系统是电动汽车的基本构成部分。取决于不同的应用系统，电动汽车的电气系统通常分为低电压系统和高电压系统。低压系统一般为车辆的开关、搭铁、灯光系统、空调控制系统等提供电能电动汽车低压系统的12V电源主要有蓄电池供给，蓄电池由DC转换器将高压72V/64V转换为12V供给低压系统，低压系统的构造采用的规范与标准是相应的，可靠性较高。高压系统将电能提供给高功率部件，比如驱动马达。高压系统主要由电源系统、驱动系统和电动设备组成，电源系统是由成千上万个电池组合而成，重量高达几百公斤，驱动系统主要由电机控制器和电机组成，电动设备包括转向助力系统、制动系统、电动空调和电加热设备。如果工作电压过高，会对高电压系统和汽车绝缘性能产生比较大的影响，所以要对电动汽车的要求更高。如果高压电线绝缘层老化或者是潮湿环境下，都会导致绝缘性能下降，一旦泄露电荷形成回路，会导致地盘电位升高。地盘点位过高时电流过热会影响低压系统的正常工作，严重会导致燃烧，危急到驾驶人员的人身安全，因此要定时检测地盘的绝缘性能。

1 电动汽车电气绝缘性能的描述

电气绝缘问题一般都集中在高压系统方面，下面以电动汽车的高压电气系统为例描述电气绝缘性能。

一般电源系统主要是由燃料电池组和锂电子电池组组成。燃料电池组的输出特性为下降特性，当系统的输出电流递增到300A时，会呈现一种下降的趋势，输出电压从360V降为270v，而锂电子电池组的电压保持在350-420v之间，额定电压为388v。为了使燃料电池组和锂电子电池组协调可靠的运行，需要加入一种斩波电路，来控制电流与功率的变化。电动汽车的高压系统输出的功率供给空调系统和制动系统，这些系统是直接安装到底盘上的，每个系统都有独立的电气回路，但是系统与底盘之间没有电路连接，所以整个高壓系统是封闭的。

2 电动汽车电气绝缘性能的检测方法

电气绝缘问题一般都集中在封闭的高压系统方面，对电气绝缘性能的最好描述一般就是电阻，介质的绝缘能力一般通过电阻的大小来表示，绝缘情况会在电阻大的时候变好，在电阻小的时候变差，将这种电阻称为绝缘电阻。在进行绝缘电阻的检测中，一般采用电阻法、母线端电压法和对称电压测量法来进行检测。在直流电源和汽车底盘之间接入一个电阻，通过测量流过电阻的电压或者电流来计算出绝缘电阻的值。

但是着传统的这三种方法都有着一定的局限性，比如无法精确的计算母线双端接地时的绝缘电阻;汽车运行中处于电磁干扰环境，绝缘电阻的检测精度变得极低，极易发生错误;如果电池箱开路，甚至无法测量绝缘电阻。以此为基础，建立了一种新的检测方法，在电动汽车的高压电气系统中，利用电源的正极引线电缆和负极引线电缆对底盘的绝缘电阻来反映电气系统的绝缘性能。接入电阻的同时将采集处理单元引入，构建阻抗网络，主要通过电压、电流传感器测量电

压U₀和电流I₀，在采集处理单元方面，引入intel的6位单片机即可，与此同时，单片机在导通后对电压U₀和电流I₀大致判断值的大小，通过控制三极管的导通与关断，改正负极之间的等效电阻和电源的输出电流I，根据U₀、I₀和R_eq之间的关系，计算出绝缘电阻R_g1和R_g2的值，同时检测绝缘电阻是否达到阈值，并将信息输出到单片机中。

在实际中运行中，U₀的值波动在一定范围内，基本保持不变。三极管产生的导通电压也比较小，可以忽略不计，如果三极管T₁导通，此时接入的电阻R首先并联正极绝缘电阻R_g1，然后在串联负极绝缘电阻R_g2，用U₁和I₁来表示相应的电压及电流，则U₁=I₁（R_g2 +R_g1//R），同理可得在三极管T₂导通时的U₂=I₂（R_g2 +R_g1//R）的表达式。当然在两个三极管T₁、T₂都关断的时候，这时的绝缘性能极低，立即输出到单片机中。综上所述，这种测量方式既简单又便于操作，电气绝缘检测利用这种检测方法能够有效的判断绝缘电阻，准确度也比较高，符合电动汽车绝缘检测的需求。

3 结束语

对电气绝缘性能的最好描述一般就是电阻，介质的绝缘能力一般通过电阻的大小来表示，电阻大的情况下电气绝缘性能会变好，在电阻小的情况下电气绝缘性能会变差，这种电阻被称为绝缘电阻。虽然近些年来检测电气绝缘的方式层出不穷，带来了很多新的技术理念，但是在检测方法中需要考虑到成本和推广范围。利用研究发现，利用电阻构建绝缘电阻的方式，是比较简便易推广的方式，同时在编程中引入了单片机，这也为检测电气绝缘带来了便利。如何做好电气绝缘，对电动汽车的性能有着非常重要的意义。

参考文献

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