基于不平衡电桥方法的电动汽车绝缘检测方法设计.docx

基于不平衡电桥方法的电动汽车绝缘检测方法设计摘要：本文设计了一种可以实时监测电动汽车绝缘状况，并且可以对不同的绝缘状况进行预判并自动调整绝缘电阻的计算策略，同时可发出不同等级告警信息的绝缘电阻监测系统[关键词]双边不平衡桥电动汽车绝缘检测1前言纯电动汽车或复合动力电动汽车采用动力电池作为系统的动力来源根据不同的类型，电动汽车中动力电池的电压等级从144V至576V动力电池通过高压保证在提供满足，需求的功率输出的同时，降低高压用电设备如电动机的工作电流，以降低线损和相关高压设备的线缆直径要求电动汽车是一个复杂的机电一体化设备，由于其经常运行于公共生活和工作环境中，恶劣的使用工况容易造成高压动力电缆绝缘层的老化现象，造成其相对于电动汽车搭铁共地底盘的绝缘程度降低一旦造成一点或多点接地，便可能会造成危机人身平安的触电事故，短路失火事故以及车辆失控等严重后果当前使用较多的绝缘电阻检测方法有辅助电源法和电流传感器法、双边不平衡桥检测法、单边不平衡桥法以及低频交流注入检测法，其中基于辅助电源法需要外加电源至母线与车体之间，操作复杂且需要额外的附加电源，电流传感器法只能在系统启动并且带载之后才可以做绝缘电阻检测，文献【5】中使用IGBT作为开关管，并且采样误差高达7%，没有实现不平衡桥的自适应功能。

低频交流注入检测法在绝缘状况下降时，会出现注入信号的泄露现象，造成对注入信号检测的不准确2电动汽车绝缘检测原理与设计电动汽车中高压母线绝缘电阻绝缘电阻是用电阻这一物理量来描述绝缘体的导电性能，用来衡量介质绝缘性能的好坏，正常情况下绝缘电阻的阻值兆欧数量级绝缘电阻越高，那么绝缘体对外界的漏电流越小，系统的平安性就越高电动汽车中整个车架和底盘是一个联通的导体，因此定义动力电池母线的绝缘电阻为正负母线对整车车体的等效电阻;而通过动力电池母线的绝缘性能来反映动力整车高压系统绝缘性能的好坏电动汽车中高压供电回路示意图如图1所示高压供电回路中正负母线任意一点出现绝缘故障将导致整条母线出现绝缘故障，在检测绝缘电阻时需分别检测正母线对地的绝缘电阻和负母线对地的绝缘电阻电动汽车中绝缘电阻的要求电动汽车的推荐国标?GBT18384.1-2021电动汽车平安要求?对绝缘电阻的要求，不同电压等级的动力电池组对应不同的绝缘电阻要求，如表1所示在实际使用中，此绝缘告警等级应由整车厂根据整车实际情况配置系统设计目标〔1〕可检测出10K至500K范围内的绝缘电阻〔2〕绝缘电阻的检测误差在全检测范围内应小于2%检测原理与实现绝缘阻抗测试原理：利用不平衡桥电压法测量正负母线的等效对地阻抗，通过使用光电开关控制不平衡电阻参加绝缘电阻检测电路，可以有效检测出正负母线同时对地发生绝缘度降低的工况，提高检测系统的检测精度。

自适应原理：系统在进行绝缘电阻计算之前，先通过对动力电池正负母线对车体底盘的电压差进行比较，通过电压差值确定开关不平衡桥的开关策略，以实现不平衡电阻加在绝缘状况相对较好的一侧，以提交系统的分压采样精度系统的等效模型如下图所示，其中正母线接动力电池的正极输出电缆，负母线接负极输出电缆，R+和R.为被测绝缘电阻，R为不平衡桥电阻定义正负母线的压差绝对值为U采样时采集母线负对地电压Up和母线电压Um，即可计算出母线正对地电压Up+，即：测量策略中包含三种情况：〔1〕母线正对地电压和母线负对地电压的压差在U以内，可近似认为系统正对地绝缘电阻和负对地绝缘电阻相差不大，采用二次开关检测方法，如图2所示其中R为400KS2不平衡桥电阻，对正负母线各自接入一个;K+、K-为光继电器，通过程序控开关K+和K-的开关时序，当K+闭合K-断开时，可测正母线对地电压Up+，当K+断开K-闭合时，可测负母线对地电压Un-，正负母线电压为Um，根据电阻分压可做如下计算：〔2〕正母线对地电压小于负母线对地电压且压差超过U时〔即R+小于R-一定值〕为了提高电压测量精度，可以闭合K，采得母线负对地电压得到Un1-，母线正对地电压Up1+，同时当K+和K.同时断开时，测得母线负对地电压U，母线正对地电压Up+，可得公式3。

〔3〕正母线对地电压大于负母线对地电压且压差超过U时〔即R+小于R-一定值〕为了提高电压测量精度，可以闭合K+，采得母线负对地电压得到Un1，母线正对地电压Up1+，，同时当K+和K-同时断开时，测得母线负对地电压Un.，母线正对地电压Up+，可得公式4实际电路中，可能存在常连接的平衡桥正负母线对地电阻，本系统中使用500K电阻〔设母线正对地常连接电阻为R，母线负对地长简介电阻为R、〕，此时的R，和R.可以看做是常连接的平衡桥电阻与外部实际绝缘电阻的并联电阻可进一步求出实际的正负母线对地绝缘电阻，如下公式所示5所示：本系统按照上述检测原理对系统的两个光继电器开关进行控制，同时采样母线负对地电压和母线电压，带入公式3和公式4、5，即实现对外加绝缘電阻的计算3系统测试本系统目前已集成于广州港科大技术自主研发的动力电池BMS系统，本系统在上述BMS动力电池检测试验台，上进行了不同等级的绝缘电阻的测试测试所使用高压电源是车用32650动力锂电池组，输出电压为220V，在电源正、负极与模拟底盘之间连接不同阻值的电阻，以模拟待测的绝缘电阻通过对不同工况的模拟测试，获得测试数据如下3.1测试结果统计如表2所示。

3.2测试精度曲线如图3、图4所示4结论本文针对当前电动汽车绝缘检测技术存在的缺乏，改进并设计了一种基于双边不平衡桥的电动汽车高精度绝缘检测系统经过测试，本系统可运行于不同的模拟运行工况下如加速、减速、平稳运行以及停车，绝缘电阻检测系统均可实时准确的检测出实际的外加绝缘电阻，并且系统可可靠稳定工作，测量误差在+2%以内，满足设计要求本系统目前已成功应用于由广州港科大技术设计的电动汽车动力电池组BMS管理系统，在实际使用和测试中工作稳定，测量结果准确，满足了电动汽车动力电池高压绝缘检测的需求参考文献【1】黄勇，陈全世，陈伏虎，电动汽车电气绝缘检测方法的研究[J].现代制造工程，2021，27〔04〕：93-95.【2】张锐，张维戈，文峰，一种电动汽车绝缘性能的测量[J].应用天地，2021，26〔10〕：62-64【3】吴振军，王丽芳，电动汽车智能绝缘检测装置研究[J].低压电器，2021，50〔05〕：20-22.【4】杨为，谢永芳，胡志坤，高压动力电池组绝缘性能的实时监测研究[J].计算技术与自动化，2021，34〔03〕：55-59.【5】郭宏榆，姜久春，温家鹏，王嘉悦新型电动汽车绝缘检测方法研究[J].电子测量与仪器学报，2021，25〔03〕：253-257.。