动力电池系统介绍（五）——绝缘功能介绍

动力电池系统介绍（五）

绝缘功能模块一、绝缘基本原理介绍1.1. 为什么要做绝缘检测1.2 绝缘监测的基本原理1.3 绝缘检测阻值界定二、绝缘性能评价与测试方法2.1 绝缘性能评价2.2 绝缘性能测试三、绝缘电阻检测的常用方法3.1 电桥法3.2 交流注入法

绝缘功能模块

一、绝缘基本原理介绍

1.1. 为什么要做绝缘检测

简单来说，可以把车分成高压部分、低压部分、车身地（物理地）。

（一）高压主要是电池、充放电电路、高压监测等部分；

（二）低压主要是低压供电、CPU电路和通信控制电路等；

（三）车身地一般就是车身外壳了，同时模组的金属外壳、电池包的上下壳体也是连接车身地的，包括乘客也是跟车身直接接触的。

为了人员安全，就需要高压与车身地之间有一定的绝缘性能，预防高压回路对车身地形成漏电回路，危害人身安全。

1.2 绝缘监测的基本原理

用以下电路图进行简要分析：高压电池两侧一般被称为高压正HV+和高压负HV-。

理想状态下，车身地与高压电池之间是绝缘的，即HV+到地的绝缘电阻Rp与HV-到地的绝缘电阻Rn阻值均为∞。但由于高压击穿、老化、使用环境恶劣等因素会造成Rp和Rn减少。

从原理上分析，Rn、Rp只要有一方阻值足够大，车身地与电池不形成导电回路，那么它们之间就是绝缘的。只有当Rn、Rp绝缘阻值同时降到一定值，高压电池回路对车身地形成漏电回路，才会造成短路的情况。

1.3 绝缘检测阻值界定

上面说了，只有当Rn、Rp绝缘阻值同时降到一定值才会形成漏电回路，那么这个值如何界定的呢？

在标准IEC/TS 60479-1 中，提到区间DC-10mA与AC-2mA是对人体无害的（具体见下图表）。经过单位换算后，直流电路绝缘电阻最小值要大于100Ω/V，交流电路要大于500Ω/V（GB/T 18384.1—）。

二、绝缘性能评价与测试方法

2.1 绝缘性能评价

绝缘性能从两个方面进行评价：绝缘电阻和耐电压。

（一）绝缘电阻考察的是Rn/Rp的阻值。

（二）耐电压试验要求是不应发生介质击穿或电弧现象，考察系统漏电流是否突变。因为随着电压的升高，漏电流的变化并不是线性的，而是在到达某个临界值时，漏电流会突然增大，伴随出现击穿或闪络现象，这时的漏电流会比较大，所以可以用漏电流的大小去评估是否有击穿或闪络（实际在做耐压测试时，测试设备上都会设置一个漏电流值（如1mA））。

（1）击穿：指贯穿固体绝缘的电击穿，即在电场的作用下绝缘物内部产生破坏性的放电，绝缘电阻下降，电流增大，并产生破坏和穿孔，造成绝缘短路。

（2）闪络：在气体或液体介质中沿着固体绝缘表面的电击穿，也就是固体绝缘子周围的气体或液体电介质被击穿时，沿固体绝缘子表面放电，造成拉弧或跳火。闪络不会立即造成绝缘体的损坏，但长期以往也会造成绝缘损伤。

2.2 绝缘性能测试

QC/T 897与GB/T 38661-中分别有规定BMS绝缘电阻和耐压的测试方法。

在QC/T 897中，对绝缘性能测试要求如下：

（1）绝缘电阻：在电压采样端子与壳体之间用500V DC测试，但一般实际测试过程中是高于这个要求的。

（2）绝缘耐压性能：在电池系统正极与壳体之间/电源正极与最近的电压采样电路之间/电池管理系统的通信线路与最近的电压采样电路之间施加频率为50Hz的正弦波，试验电压（有效值）为该回路可能发生的最高工作电压，历时1min;

在GB/T 38661中，对绝缘性能测试要求如下：

（1）绝缘电阻：测试电压根据电池系统的电压等级有所变化，目前的情况基本使用1000V测试绝缘电阻；持续60S；将壳体改为对供电电源端子（低压供电的正负极）

（2）耐电压：也可以施加直流试验电压，等效于交流电压的1.41倍。

如整车厂没有明确耐电压的要求，试验条件与试验方法也可参考18384.3-的7.3——耐电压性试验进行。

绝缘电阻和耐电压是从不同的角度来衡量动力电池及BMS系统的，两者必须同时满足标准要求，否则会存在安全隐患。

三、绝缘电阻检测的常用方法

目前，绝缘检测方法多为电桥法与交流注入法。

3.1 电桥法

电桥法缺点：计算绝缘值偏低，由于系统正负极对地间寄生等效容抗，因此在K1/K2切换时，正负极对地电压变化缓慢。若采样速度过快，可能造成所采集的电压值未稳定而偏低，导致计算误差，计算绝缘值跳变，采样过程中，系统运动在动态变化的电流工况下，正负极对地的电压也会随工况变化，不稳定，导致计算误差。绝缘阻抗本身在系统运行过程中，交直流发生耦合，系统可能会发生结构性变化，导致计算误差。

所以在闭合开关后需要等电压稳定后再测量，一般等个几秒。

电桥法有时候也叫国标法，以下摘自GB/T 18384.1-，通过左右两个图各列出一个二元一次方程，联合求解；其中，R0并列在第一次检测时（即左图）电压较大的位置。

以下是一个电桥法的例子，结合例子可能会更容易理解些（图自微信公众号“知行知行”，侵删）

1、测量电池包正负极对地电压绝对值U+和U-，如果U+>U-，那么Rp>Rn，此时闭合S1，并联一个已知电阻R1；R2、闭合开关后，重新测量正负极对地的电压的绝对值U+1和U-1；

若U+<小于U-同理。