高压动力电池系统的绝缘检测分析

周德怀

摘 要：新能源电动汽车是现代社会的重要交通工具，而高压动力电池系统是新能源电动汽车的三电系统之一，为电动汽车提供电能的吸收、存储和供应，在电动汽车启动、运行及停止的过程中都有可能发生各种安全问题，当绝缘失效时会造成高压对人体的直接伤害，并关系到人员生命，因此绝缘电阻的检测是至关重要的设计环节，为保证高压动力电池系统的安全运行，需要对电池系统进行全面的安全管理。通过BMS电池管理系统对电動汽车高压动力电池系统进行实时绝缘监测，达到保护动力电池系统无故障运行，从而保证人身设备安全。

关键词：纯电动汽车;高压电池系统;BMS电池管理系统;绝缘监测;绝缘电阻;检测方法

1 问题提出

1.1 绝缘监测作用

正常运行情况下，高压动力电池系统是一个独立的系统，对车辆壳体是完全绝缘的，但是不排除由于车辆长时间运行后高压线老化或受潮导致的绝缘降低而使得车身带电，而且车辆工况复杂，振动、温度和湿度的急剧变化，酸碱气体的腐蚀等都会引起电芯模组绝缘层的损坏，使得绝缘性能下降，实时监测绝缘性能对保证人员人身安全和车辆安全运行具有重要意义。

1.2 传统绝缘监测方法

第一步：用万用表测量电池正极对外壳的电压V正：

第二步：用万用表测量电池负极对外壳的电压V负：

第三步：比较测量的电池电压V正和V负，如果V+大于V-，选择电压大的进行下一步测试：

第四步：选择电压大的用万用表测量电池正极对外壳的电压V1：

第五步：选择电压大的，在万用表笔间并150KΩ电阻测量电池正极对外壳的电压V2：

第六步：计算：

第七步：举例：

1.3 传统测试方法存在的问题

目前该方法在测量电阻上的电压时，由于万用表内部有内阻，内阻对电路有分流作用，电压测量存在误差，因此要求万用表的内阻必须很高，这样才能减小误差，在实际测量中，一般要求万用表内阻至少为10MΩ。另外，该方法属间接测量，会产生间接误差，误差的计算在实际应用中需要考虑进去。

2 解决方案

2.1 解决依据

在GB/T 18384.3-2015人员触电防护标准中，定义了最大工作电压小于等于60V的电力组件为A级电压等级，最大工作电压大于60V的电力组件为B级电压等级，对于B级电力组件必须满足其有足够的绝缘电阻（Ri≥（Vb*500 Ω/V））。

在GB/T 18384.1-2015车载可充电储能系统中规定BMS需要对动力电池系统所有部件集成完毕的状态下进行绝缘检测，且采用绝缘电阻阻值来衡量绝缘状态。绝缘电阻可分为总正对地和总负对地，衡量系统绝缘状态Ri一般取两者之间的最小值。

2.2 解决方案

一般有两种绝缘检测方式：一是信号注入法，另一种是电阻测量法。信号注入是对电池系统注入一定频率的直流电压信号，测量反馈的直流信号计算绝缘电阻，注入的信号对电池系统会产生纹波干扰，影响系统正常工作;而电阻测量法采用外接电阻，测量精度相对较低，需要考虑检测精度，而且长时间接入测量电阻，降低了系统绝缘性，增加了电池损耗。

为了解决上述问题，在GB/T18384.1-2015的5.1.3节提供了另一种测量方法，是目前比较常用的组端电压采集和绝缘电阻采集电路复用方式，当组端电压采集正常情况下，也可计算出组端绝缘电阻和漏电电流值，有效避免长时间接入测量电阻造成绝缘降低及电池损耗（具体原理图如下）：该方法可实时检测高达900V动力电池系统母线的绝缘状态，可迅速在线检测动电电池系统单极接地，双极接地，中间接地等漏电故障，通过分析对比及仿真测试，加强强弱电之间绝缘设计，有力保障电池在分布式高压场合使用的安全性，为电动汽车动力电池系统故障诊断提供一定帮助。

3 总结

对绝缘电阻故障采用的相关检测电路进行分析，并集成到BMS电池管理系统中，有效的保护电池过充、过放、过温、过流、绝缘监测等问题，提升单体电池成组后的安全、寿命、放电等性能，同时可避免长时间、高倍率充放电状况下导致的单体电池不平衡、温度分布不均匀而产生的模块间不平衡等问题，保护动力电池在全生命周期下安全、高效使用寿命达到十年免维护。

参考文献：

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