电动汽车蓄电池的绝缘检测

代琪琪 杜明星 魏克新

（天津理工大学，天津 300384）

电动汽车运行时动力电源采用多组蓄电池串联实现，其总电压较高，一般在100～500V范围内。较高的工作电压对车载高电压系统与车辆底盘之间的绝缘性能提出了更高的要求。而车上工作条件比较恶劣，酸碱气体的腐蚀、温度的变化以及湿度的变化，都有可能造成高压电缆线绝缘介质老化甚至绝缘破损，导致高电压电路和车辆底盘之间的绝缘性能下降。蓄电池组正、负极引线构成漏电流回路，使底盘电位升高，对司乘安全造成危害，并且会影响汽车低压电气正常工作。因此，实时检测蓄电池组相对车辆底盘的绝缘性能对车辆的安全运行具有重要意义。

1 绝缘电阻检测方法

本文利用双边切换电阻的方法，通过检测电源总正与车身、电源总负与车身之间的电阻，判断汽车绝缘性能是否符合要求。绝缘电阻检测原理如图1所示。

图1 绝缘电阻测量原理

图1 中，RP和RN分别表示假设的电源正负母线对车身壳体的绝缘电阻，UP和UN分别表示电源正负母线与车身壳体之间的电压，UR和URL分别表示电阻R和RL两端的分压，R1、R2、R3、R4、R和RL为已知阻值的电阻。设开关S打开时正负母线对地电压为UP1、UN1，S闭合时正负母线对地电压为UP2、UN2。

根据基尔霍夫电路定律，当S打开时，有：

当S闭合时，R1被短路，有：

由于R和RL的电阻远小于R1、R2、R3、R4，求解时可暂时忽略，并且R1=R2=R3=R4。根据串联电阻分压原理，当开关S打开时，有：

当S闭合时，有：

根据式（1）～式（6）即可求得绝缘电阻RN和RP的阻值。

2 绝缘检测电路的参数选取

由于电池组总压范围在300～500V，所以必须配置相应的分压电路，将高压信号转变为差分放大器AD8216的电流检测通道所能检测的毫伏级的电压模拟信号。由于差分放大器AD8216许可的电压测量范围为±800mV，对于电流检测通道取一定的裕量为500mV，得分压电路的分压系数为：500mV/500V=1/1000。

在分压电阻的选取上，人们必须考虑以下几点因素：尽量不影响整车原有的绝缘性能；尽量减少电阻损耗；保证检测精度。权衡以上几点，并且考虑国标中对电压检测仪器阻抗的要求和AD8216正常可靠工作的要求，选取R=RL=500Ω。

设RTotal=R1+R2+R或RTotal=R3+R4+RL。分压电路分压系数的关系式如式（13）所示。

由式（13）可得，RTotal=0.5MΩ。

功率的计算公式为：

取U=500V，将数据代入式（12）可得，RTotal的功率P=0.5W。

综上所述，R1、R2、R3、R4选择电阻值250kΩ，功率选择1W，耐压值大于900V，R=RL=500Ω。

3 试验验证与分析

验证方法：在系统运行中通过人为地向正负母线间并入一系列标准电阻，模拟绝缘电阻进行测试，检查模块能否正确地进行故障报警，从而验证绝缘检测的实测效果。

根据国际电动车绝缘标准，将绝缘等级分为三级，如表1所示。测试所用电池包电压为96V，可以算出对应的绝缘报警电阻的界限点分别为9.6kΩ和48kΩ，因此可以在这两个界限范围内各取几个典型电阻进行测试，检查系统是否能够准确地分故障等级报警。测试结果如表2、表3所示。

表1 电动汽车绝缘等级

表2 绝缘检测试验数据（正母线）

表3 绝缘检测试验数据（负母线）

测试结果表明，本设计绝缘检测系统能够检测到蓄电池组和车辆底盘之间比较宽范围阻值内的绝缘电阻，能准确地报出故障等级，可以满足电动汽车电气绝缘性能检测的要求。

4 结论

本文参考国标提供的绝缘电阻检测方法，在双边切换电阻的方法上进行改进，改为单边切换固定电阻，通过检测电源总正与车身、电源总负与车身之间的电阻，判断汽车绝缘性能是否符合要求。试验结果表明，该测量电路具有稳定性好、电路简单、测试方法简便、抗干扰能力强等优点，在新能源汽车的发展中具有重要前景。下一步研究将集中对系统进行改良，提高其检测精度。

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