电动客车绝缘故障的解决方案

项 彬

(厦门金龙联合汽车工业有限公司, 福建 厦门 361023)

B级电压[1-3]是电动客车与传统客车电气主要差别。传统客车一般只使用DC 36 V以下的安全电压，而电动客车除此外，还使用B级电压。B级电压不属于安全电压，如果其通电导线与金属车身之间的绝缘出现问题，就会引起漏电事故，也称绝缘故障。绝缘故障危害很大，需要及时有效处理。绝缘故障在刚出现时一般都较轻微，如果不及时有效处理而任其存在，很有可能快速升级为严重的绝缘故障，导致车辆失去动力，会引起车载设备损坏，增加车载人员的触电风险。

1 客车绝缘故障的解决思路

解决绝缘故障的核心是绝缘电阻的检测。绝缘电阻是指车载动力电池组正极或负极与金属车身之间的电阻值。从安全性考虑，随着动力电池组输出电压U值的增加，整车绝缘电阻值R也要增加，按国家推荐标准[1]要求R/U应>0.1 kΩ/V。已有专门的绝缘检测仪[4-5]，可在线检测绝缘电阻值，并通过CAN总线将数值传递给整车控制器。现在绝缘检测仪一般安装在BMS配电箱内，早期也有安装在高压配电箱内的。

目前绝缘检测仪只能报整车绝缘故障，无法自动识别具体故障设备或线路，具体绝缘故障只能依靠人工排查，其工作内容相对专业，这是本文重点内容。

电动客车供电电路由电源、负载和中间环节三部分组成[6]，其中中间环节是电路中连接电源和负载的部分，包括导线和配电柜。由于绝缘故障是系统故障，处理流程通常从负载和导线的绝缘检测开始，再到配电柜，最后才检查电源或动力电池组。下面就按这个顺序，介绍电动客车绝缘故障的解决方案。

2 绝缘故障的解决方案

2.1 用电负载和电缆绝缘故障的解决方案

2.1.1 故障判断

第一步：断掉B级电压系统供电，需拔下配电柜上的全部MSD维修开关。

第二步：从配电柜快插头上拔掉一个B级电压用电设备。

第三步：复原全部MSD维修开关，恢复B级电压系统供电，通过操作仪表台开关和换挡器，给剩下的用电设备上电，看绝缘故障是否消除；如果消除，该拔掉的用电负载和电缆就存在绝缘故障，做好标记，结束检查；如果没消除，转入下一步。

第四步：如果所有用电负载和电缆都已检查完毕，结束检查；如果没有，转入第一步。

上面的检查方法称“逐个拔插法”，在行业内广泛使用。

2.1.2 解决方案

在明确负载和电缆存在绝缘故障后，需要找到故障点。在电缆快插头从配电柜拔下后，将电缆与负载连接端子断开，用手持式绝缘仪分别测量负载和电缆绝缘电阻，根据测得的绝缘电阻值对照表1的数值,就能判断出是负载还是电缆存在绝缘问题。

表1 绝缘电阻值 MΩ

表1为某电机类和控制器类产品的绝缘值要求。现在客车用高压电缆主要是TPE型，对于AC 1 000 V/DC 1 500 V单芯标准截面积10～120 mm2电缆，绝缘体积电阻率计算见式(1)[7-8]：

ρ0=2.725×L×R/lg(D/d)

(1)

式中：L为电缆长度；D、d分别是单芯高压电缆平均外径值、导体直径值。

该型号电缆的ρ0>1015Ωmm，单根电缆长度L<15×103mm，电动车辆可用到的单芯标称电缆截面积一般在10～70 mm2，根据国标[8]提供的单芯电缆参数5.65 mm≤D≤13.7 mm，4.5 mm≤d≤12.5 mm，可计算出lg(D/d)>40×10-3，并留有余量，可以推算出其绝缘电阻值R>550 MΩ，这也是表1中数值的由来。

针对负载或电缆检测存在的绝缘问题进行相应处理。如果负载以下还有下级负载，如电机控制器，其下级还有驱动电机和U、V、W电缆，当电机控制器存在绝缘问题时，还要按上面介绍的负载和电缆处理方案，分别检测其下级驱动电机负载和U、V、W电缆绝缘情况并做相应处理。

如果用上面方案没有找到绝缘故障负载，就需检查配电柜的绝缘。

2.2 配电柜绝缘故障的判断和解决方案

当前电动客车B级电压配电柜由四合一配电箱和BMS管理配电箱组成，后者直接与动力电池组和充电桩的动力电源电缆相连接，一般都由动力电池厂商配套提供；前者只对负载供电。

2.2.1 四合一配电箱绝缘故障的判断和解决方案

在该配电箱内，B级电压主电路上的元器件是MSD开关、继电器主触点、熔断器、电流分配器和铜排。在测量绝缘前，需断掉B级电压系统供电，拔出全部MSD开关，然后拔出或拆下该设备上全部B级电压电缆；各继电器主触点恢复常态，铜排之间断开连接。由于铜排分段造成电路不通，需按实际分段，分别测量各段主电路铜排与金属外壳之间的绝缘电阻，按照厂商的技术要求，只要有一处测得的绝缘电阻值低于3 MΩ，就可以确定四合一配电箱存在绝缘故障；如果所有分段的绝缘电阻值都>6 MΩ，就不存在绝缘故障；如果测得的值介于3 MΩ与6 MΩ之间，表示存在绝缘隐患。从安全考虑，对存在绝缘故障的四合一配电箱一定要马上拆除交由厂商处理，换上正常的设备。

2.2.2 BMS管理配电箱绝缘故障的判断和处理方案

为了确保安全准确地测量BMS管理配电箱的绝缘电阻值，一定要彻底切断动力电池正极和负极与BMS管理配电箱的连接，推荐做法是首先断掉B级电压系统供电，将所有MSD从配电柜上拔下来，再将配电柜与动力电池正极和负极连接的全部电缆依次从动力电池箱接线柱上拆下来并包扎好；此后，再拔出或拆下配电柜上全部B级电压电缆。绝缘电阻测量需按箱内铜排实际分段进行，绝缘故障的判断和处理方案与前述四合一配电箱的相同。

2.2.3 配电箱之间连接电缆绝缘故障的判断和解决方案

在连接电缆快插头从四合一配电箱和BMS管理配电箱拔下后，用手持式绝缘仪测量连接电缆绝缘值，依据绝缘值(表1),就能判断出电缆的绝缘故障情况并进行相应处理。

2.3 动力电池组的判断和解决方案

2.3.1 动力电池组绝缘电阻测量

建议采用国标[1]推荐的REESS绝缘电阻的测量方法进行测量。在该方法中，需要外加一个已知电阻R0，其阻值与REESS的最大电压之比为0.1～0.5 kΩ/V。对于充满电后总电压U为410～650 V的电池组，在用此方法测量时，有下面几点需要注意：

1) 动力电池组与外部设备连接完全断开，将动力电池组正极和负极与BMS配电箱连接的全部电缆，依次从动力电池箱接线柱上拆下来并包扎好，在这个过程中，需要带电作业，要注意安全。

2) 断掉车辆上所有控制器，包含动力电池组内部所有控制器，与金属车身、车架的连接线。

3) 这个已知电阻R0推荐采用阻值为200 kΩ、功率5 W、精度≤±2%的金属膜电阻。

4)R0的一端接在动力电池组正极的接线柱上，另一端接到车辆大梁，要求可靠连接，不得松动。

2.3.2 绝缘故障的判断

(2)

根据国标[1]和企业要求，当Ri/U>0.5 kΩ/V时，表明不存在绝缘问题；当0.1 kΩ/V

从安全考虑，对存在绝缘故障的动力电池组，一定要马上通知电池厂商到现场处理，对一时无法排除绝缘故障的电池箱一定要拆除；对存在绝缘隐患的动力电池组，也要通知厂商到现场处理，建议先拆除存在绝缘隐患的电池箱，用正常的电池箱替换；将有绝缘故障或隐患的设备交由厂商处理。

2.4 具体案例

某辆11 m纯电动大客车，仪表报绝缘故障，此时R/U≤0.1 kΩ/V，配电系统无法上电工作；按2.1中的“逐个拔插法”，未发现用电负载的绝缘问题；然后检查动力电池组，发现电池箱有进水现象，经仔细排查，发现在洗车时客户用水冲洗地板，造成水从未密封插件进入电池箱内部。通知电池厂商到现场，经过判断，将受损的电池箱拆除返厂，更换正常电池箱后故障排除，车辆恢复运行。

3 结束语

本文介绍的绝缘故障解决方案是对现有维修方案的概括总结和理论提升，其主要内容在近两年我司和多个地级市公交协会组织的电动客车安全维护和维修技能培训中多次使用，对电动客车设计、安装和维修人员了解和处理绝缘故障具有指导作用。