【乾貨】關於電動汽車絕緣監測分析與探討

2021-01-16 OFweek維科網

一、前言

當前，能源危機和環境汙染與日俱增，發展高效、節能、零排放的清潔型純電動汽車已成為國內外汽車工業發展的必然趨勢。相比傳統燃油車，電動汽車內含有高壓部件，包括電機控制器、動力電池、電動壓縮機和 DC/DC 等。這些高壓部件都會涉及到絕緣問題，且電動汽車工作環境複雜，振動、溫度、溼度以及部件老化等都會使整車絕緣性能下降。動力電池正負極通過絕緣層與底盤構成電流迴路，當整車絕緣下降時，整車漏電電流就會增大，漏電電流達到一定值時，就會危及乘客安全以及整車電氣系統的正常運行。因此，實時監測電動車輛高壓系統對車輛的電氣絕緣性能，確保車輛在絕緣狀態下運行，對保證乘客人身安全、電氣設備正常工作以及車輛安全運行具有重要意義。

二、相關標準法規

有關國內、國外的電動汽車電氣安全防範相關標準法規有很多，匯總如表 1所示，這些法規標準對於安全要求大致相近，主要以高壓動力電池防護為核心，衍生出相關防護條款，各標準法規都有詳細的電動汽車絕緣阻抗的測量方法介紹以及相關規範說明，標準中對於絕緣性能評估都有一個評判關鍵指標-絕緣強度（Ω/V），國外標準大都採用≥500Ω/V，國內其採用≥100Ω/V。其中，GB/T 18384.3-2015 電動汽車安全要求 第 3 部分：人員觸電防護中 6.7 規定在最大工作電壓下，直流電路絕緣強度≥100Ω/V；SAE J1766 中 4.4.3 規定在系統標稱電壓下，直流電路絕緣強度≥500Ω/V。

表 1 標準法規

標準名稱

標準號

EN

1987-1、1987-2、1987-3

FMVSS/CMVSS

No.305

GB

18384.1、18384.2、18384.3

ISO

6469-1、6469-2、6469-3、23273-3

SAE

J1766/2344

JIS

D5305-1、D5305-2、D5305-3

有關電動汽車零部件電氣安全防範國內相關標準包括 GB/T 18488.1-2015、 GB/T 24347-2009 以及 GB/T 31467.3 等。其中 GB/T 18488.1-2015 中 5.2.7.3 規定驅動電機控制器的冷態與熱態絕緣阻抗均不小於 1MΩ（以 540V 電壓平臺為例，對應絕緣強度接近 2000Ω/V）。GB/T 24347-2009 中 5.6 規定 DC/DC 絕緣強度≥500Ω/V。GB/T 31467.3 中 5.1.5 規定動力電池包絕緣強度≥100Ω/V。從上述國標分析可得，各個零部件對絕緣強度的要求相差較大，有的甚至接近整車的絕緣強度要求。實際上，整車高壓系統包含多個部件，主要包括電機、電機驅動器、動力電池、PDU、電動壓縮機、DC/DC、制動以及轉向控制器等。如果各個零部件廠商按照國標對絕緣強度要求規定 100Ω/V，那麼整車各零部件總的絕緣阻抗遠就會低於 100Ω/V，整車絕緣阻抗不滿足國標絕緣要求。

結合國內零部件指標現狀，在對整車絕緣強度指標設定時，整車絕緣強度應高於國標之要求，各零部件的絕緣強度應高於整車一個等級。這樣，整車總的絕緣強度才不至於超標，才能確保車輛的安全。這也是國外標準為何將整車絕緣強度指標定為≥500Ω/V，遠高於國內指標的緣由。

三、絕緣監測原理

絕緣監測工作原理主要包括電流傳感法、對稱電壓測量法、橋式電阻法、低頻信號注入法等。其中低頻信號注入法應用最為廣泛，系統拓撲圖見圖 1。在其內部產生一個正負對稱的方波信號，通過絕緣阻抗監測儀連接端子與直流高壓系統和底盤之間的絕緣電阻 RF 構成測量迴路，通過對採樣電阻上分壓的採集，計算得出 RF 大小。

 

圖 1 低頻信號注入法系統拓撲

相關焦點

  • 電動汽車在線絕緣監測,方法和舉例
    前面一篇文章主要整理了非工作狀態下，測量電動汽車絕緣電阻的方法。本文主要整理系統運行中，絕緣電阻檢測，監測相關技術方法。在線監測，與離線檢測相比，主要需要解決兩個方面的問題，一個是系統正常工作狀態下，迴路內的工作電流、電壓不能對測量結果產生影響；另一個，最好需要明了清晰的確定絕緣故障的位置，為駕駛員和維修人員的後續工作打好基礎。
  • 怎樣在電動汽車整車上設計絕緣監測系統?
    圖1 各NCAP機構示意圖電動汽車的誕生就一直伴隨著消費者的疑問，電動汽車涉水安全嗎？、電動汽車碰撞後會觸電嗎？等等，諸如此類問題思考的背後折射出人們對於安全出行的強烈意願。針對EV／HEV安全，中國新車評價規程C－NCAP（China－New Car Assessment Program）2018年新規率先將電安全納入了評分方案。
  • 電動汽車高壓系統絕緣狀態在線監測方法
    對該裝置在電驅動系統運行過程中產生共模幹擾的原因進行分析，並提出能夠在線提取絕緣電壓特徵量的連續零矢量狀態絕緣電阻檢測法，解決在電驅動系統運行過程中受到電磁幹擾而無法進行絕緣監測的問題，實現在靜態和動態兩種情況下高壓系統與車體之間絕緣性能的監測。
  • 電動汽車絕緣嗎?電動汽車絕緣測試介紹
    導讀：電動汽車絕緣嗎？電動汽車絕緣測試介紹環境的汙染是當下棘手的問題，因為大家都面臨著共同的困擾，環境問題越來越嚴重，燃油車被新能源汽車取代已經是不可逆轉的趨勢，隨著新能源汽車續航裡程不斷提升，更多消費者也開始接受新能源汽車，下面就和太平洋汽車網小編一起看下電動汽車不絕緣的原因吧。
  • 電動汽車,絕緣檢測方法
    2 電氣絕緣失效的危害電動汽車，與傳統車相比，電子電氣系統的比例大大增加。並且，電動汽車動力系統是以往不曾在汽車上使用過的高壓系統，動輒幾百伏的電壓平臺。因此電氣絕緣是電動汽車高壓安全的重要項目。根據相關標準中對人體安全電流的要求（DC 10mA，AC 2mA），GB-T 18384-2015 電動汽車 安全要求中規定，絕緣電阻最低要求：直流100Ω/V，交流500Ω/V。電氣系統如果出現絕緣失效，視程度不同，會造成累進的後果。
  • 優能工程師:絕緣電阻監測系統
    新能源電動汽車採用電力驅動系統，內部有幾百伏的高壓電，有著極高的絕緣要求。而汽車是一個不斷運動的部件，隨著使用年限增加、系統振動、部件老化、溫溼度變化等因素的影響，都有可能導致車輛整體絕緣性能的下降。不僅會影響車輛運行，還將危及司乘人員的人身安全，因此，電動汽車高壓電氣系統絕緣性能是一個至關重要的技術指標。更多新能源汽車資訊，在「優能工程師」，由易到難，由淺入深，全方位學習，維信館主。
  • 電動汽車驅動電機用絕緣材料現狀與發展趨勢
    來源：汽車材料網摘要：伴隨著近年來電動汽車產業的興起，電動汽車驅動電機技術正在不斷發展。電動汽車驅動電機極力追求高速、高功率密度、輕量小型化、高可靠性，性能優異的絕緣材料是提升電動汽車驅動電機可靠性和高功率密度的重要基礎，是持續發展高頻高壓高溫內油冷驅動電機的技術支撐。
  • 淺析導致整車絕緣監測儀報出絕緣故障的典型原因
    圖1電動汽車高壓迴路簡圖 本文主要包括四個方面： （1）      實車案例現象及問題解析； （2）      國標及整車廠對新能源汽車整車絕緣要求； （3）      3  國標及整車廠對新能源汽車整車絕緣要求 GB/T 18384 《電動汽車 安全要求》分為三個部分：車載可充電儲能系統（REESS）、操作安全和故障防護、人員觸電防護；該標準規定了電動汽車所特有的B級電壓驅動電路系統的車載可充電儲能系統（REESS）、電動汽車電力驅動系統和傳導連接的輔助系統（如果有）的安全要求，以保護車輛內外的人員安全。
  • 我國電動汽車安全分析報告
    某一電動汽車品牌對新標準的符合性進行了車樁匹配試驗發現，目前市場上很多充電產品未能滿足新標準的要求，一些產品甚至沒有絕緣診斷等功能。　　高壓互鎖安全：防止人員接觸高壓；　　涉水安全：當電動汽車遇到涉水、暴雨等工況時，由於水汽侵蝕，高壓的正極與負極之間可能出現絕緣電阻變小甚至短路的情況，可能引起電池的燃燒、漏液甚至爆炸，若電流流經車身，可能使乘員遭受觸電風險。　　當電動汽車發生高壓電氣安全事故，首先可及時預警，即事故發生後，保證人員安全逃生。
  • 關於電動汽車充電站在安裝過程中接地問題的探討
    隨著電動汽車的普及，電動汽車充電站必將成為汽車工業和能源產業發展的重點。同時，充電站的建設也暴露出了一些不足，如充電站的低壓接地系統問題。目前已建成的充電站，無論位於室內還是室外，低壓接地均有採用TN-S或TN-C-S系統的充電站，未見有使用TT接地系統的充電站，這就在安全方面埋下了隱患。
  • 新能源汽車電驅系統標準解讀與拓展:絕緣電阻測試
    絕緣性能是電氣部件的"生命線"，而絕緣電阻測試（Isolation resistance）作為評估其絕緣質量的常規方法，在電動汽車中也廣泛應用。GB/T18488對此也有具體要求，但是，究竟什麼是絕緣電阻？為什麼要進行絕緣電阻測試？絕緣電阻測試和絕緣耐壓測試有什麼區別和聯繫？標準中的"冷態""熱態"如何理解？，值得我們探討。
  • 深入剖析新能源汽車絕緣檢測
    新能源汽車越來越受人們的關注，相信大多數新能源從業者都遇到過整車報絕緣故障導致整車上高壓失敗而無法行駛。對於新能源汽車絕緣檢測的工作原理我們是否有了全面的了解。今天在這裡與大家探討一下新能源汽車絕緣檢測的方法、設計難點及其優缺點，重點剖析基於電橋法的絕緣檢測，希望對大家能有所幫助。
  • 乾貨| 電動汽車電控系統參數匹配及優化
    乾貨 | 電動汽車電控系統參數匹配及優化 2018-06-13 11:24　來源: 東方網 導讀：為了提高純電動汽車的動力性設計指標，研究了純電動汽車電控參數在設計過程中
  • 淺析電動汽車高壓安全及電路設計優化
    預充電迴路中添加一個二極體，防止主接觸器吸合的同時預充電掉電瞬間的反向電流對預充繼電器的損傷，如圖3示出電動汽車預充迴路原理圖。7.9Ω，第二代日產leaf純電動汽車預充電電阻30Ω。      電動汽車上應有多處預充電路，如DC/DC、電動壓縮機可共用高壓上電預充電路，其他如快充、慢充等有系統單獨預充迴路。原則上用電迴路上有大容量電容或電阻值較小的電器設備時都應具備預充緩流功能。
  • 工信部就《電動汽車安全要求》等3項強制性國標徵求意見
    GB 《電動汽車安全要求》徵求意見稿針對電動汽車所特有的危險規定了操作安全和故障防護的要求，並規定了電動汽車電力驅動系統和與其傳導連接的輔助系統（如果有）防止車內和車外人員觸電的要求。本標準適用於車載驅動系統的最大工作電壓是B級電壓的電動汽車。
  • 「優能工程師」告訴你純電動汽車高壓部件結構及安全操作
    更多新能源乾貨知識，在「優能工程師」，由易到難，由淺入深，全方位學習，維信館主。 如圖1所示，高壓警示標識採用黃色底色或紅色底色，圖形上布置有高壓觸電國家標準符號。
  • 韓國開發熱穩定性分析技術 檢測電動汽車電池起火風險
    蓋世汽車訊　據外媒報導，為了探究電池起火原因，韓國研究人員開發了一種新分析方法，以評估電動汽車電池的熱穩定性。(圖片來源：techxplore)韓國科學技術研究所（KIST）的研究團隊構建實時分析平臺，利用透射電子顯微鏡，評估電池正極材料的熱穩定性。通過該平臺，並根據高鎳正極材料中的化學成分變化，確定電動汽車電池的熱降解機理。
  • 「優能工程師」給你介紹電動汽車高壓系統的構成及功能
    高壓系統是指電動汽車內部與動力電池直流母線相連或動力電池電源驅動的高壓驅動零部件系統，主要包括但不限於：動力電池系統和/或高壓配電系統（高壓繼電器、熔斷器、電阻器、主開關等）、
  • 【乾貨】電動汽車用高功率密度寬調速永磁電機詳解
    【乾貨】電動汽車用高功率密度寬調速永磁電機詳解 汽車的排氣汙染、噪聲、燃油存放的火災隱患等問題，越來越引起人們的關注，電動汽車成為汽車發展新發向。
  • 電動汽車繼電器,為什麼需要狀態檢測
    4 怎樣檢測繼電器狀態趙春明在他的文章《電動汽車高壓電系統狀態參數在線監測》中介紹了一種繼電器觸點監測方法，按照檢測方法、應用實例和在線監測的順序表述。4.3 在線監測應用將上述方法應用到實際運行的電動汽車中。作者認為，當電機處於工作狀態時，系統不需要進行繼電器監測，因為系統必然是通路。只有在母線電流為0時，系統才需要對繼電器狀態進行確認，監測周期500ms；可以檢測到近似輔助電源，電壓說明繼電器閉合；無法檢測到近似輔助電源電壓，繼電器斷開。