幸福就是，早上挥手说再见的人，晚上又平平安安回来了，书包丢在同一个角落，臭球鞋塞在同一张椅下。
大家好，又见面啦！马上就是五一小长假了，估计疫情打乱了很多人想出去耍的假期规划。其实宅在家里静静的看完一本书，学习一点新的知识也是不错的选择哦！本期跟大家交流的是电动汽车的绝缘监测，我们一起来学习吧！
背景
电动汽车的动力是一个高电压、大电流的电路。在正常情况下，高压系统是一个封闭的系统，对车体是完全绝缘的。但是无法排除由于高压线缆老化等问题带来的绝缘降低，从而导致车体漏电。并且电动汽车工作环境复杂，振动、温度、湿度变化急剧，酸碱气体的腐蚀，都会引起绝缘被破坏，使整车绝缘性能下降。电池的正、负极引线通过绝缘层与电底盘构成漏电流回路，使电底盘电位拉升，这样不仅会影响低压电器和车辆上的 ecus 的正常工作，还可能危及驾驶员和乘客的人身安全。由于现在电池包的电压通常在400～500v，有的甚至是800v高压，如果发生绝缘问题，可能会给电动车的驾驶员和乘客造成人身危险，应该予以重视。
绝缘基础知识
什么是绝缘？
工程上，一般绝缘是指为了隔离人、其他带电或者不带电结构，在带电器件表面包裹一层不导电物质的做法。不导电的物质被叫做绝缘材料。
比较不同绝缘材料或者系统绝缘能力的高低有如下的参数：绝缘电阻、漏电流，一般用于表示绝缘测试结果。什么是绝缘电阻？绝缘介质所具有的电阻值他，它是衡量介质绝缘性能好坏的物理量。在比较常见的测量方式中，则表示为带电器件与壳体、大地等参考面之间的电阻值，由于数值比较大，单位常用兆欧（mω）来表示。什么是漏电流？一般电气系统绝缘性能的漏电流是指系统内流过绝缘材料表面的电流，数值越大，其系统绝缘性能越差，一般单位为毫安（ma）。gb／t 18384．3－2015人员触电防护中定义最大工作电压小于等于60v 的电力组件为a级电压等级，最大工作电压大于60v 的电力组件为b级电压等级，对于b级电力组件必须满足其有足够的绝缘电阻（ri ≥ （vb ＊ 500 ω／v））。在gb／t 18384．1－2015 车载可充电储能系统中规定bms需要对动力电池系统所有部件集成完毕的状态下进行绝缘检测，且采用绝缘电阻阻值来衡量绝缘状态。绝缘电阻可分为总正对地rp 和总负对地rn，衡量系统绝缘状态ri一般取两者之间的最小值。
绝缘检测方法一无源检测法
无源法也是目前绝大多数的绝缘电阻的检测方式都是无源接地法。基本原理如下：在直流正负母线与电底盘之间接入一系列的电阻，然后通过电子开关或者继电器切换接入的电阻的大小，测量不同接入电阻下正负母线在被测电阻上的分压值，然后结合方程组解出正负母线对电底盘的绝缘阻值。
如下图所示，是一个典型的不平衡桥法检测绝缘情况。u代表电池包的总电压，rp 和rn 表示电池正负母线和整车电底盘之间的绝缘电阻，在正负母线和整车之间接入电阻：r1，r2，r，r＇，u1，u2 分别是正负母线在r 和r＇ 上的分压，s1 是一个可以控制的开关。电阻r1 和开关s1 并联，通过开关的通断来改变母线在电阻r 和r＇ 上的分压比例。
当s1 断开时，可以得到如下方程：
u1／rp ＋u1／（r1＋r） ＝ u2／rn ＋ u2／（r2＋r’）
当s1 闭合时，可以得到另外一个方程：
u11／rp ＋u11／r ＝ u21／rn ＋u21／r＇上述式子中的u11 和u21 分别是开关s1 闭合时正负母线在电阻r 和r＇ 上的电压降。我们联立上述两个方程就可以求出rp 和rn（具体推导过程不再演示，大家可以私下动笔算一算）。
类似的不平衡桥的方法有很多种，都是大同小异，比如下面的图片也是其中一种。首先，全部断开两个开关s1、s2，然后获取正负母线对电底盘的电压；然后，闭合s1 断开s2，再次测量正负母线分别对地的电压。
绝缘检测方法一有源检测法有源检测法，也就是本文介绍的一种方法是直流电压注入法。此种方法会分别考虑母线带电和母线不带电两种情况来计算绝缘电阻。原理图如下图所示：
电阻r 为限流电阻；r1，r2，r3，r4 为采样电阻。注入信号产生电路部分，用pwm波信号来控制场效应管的通断，在变压器的副边产生700v的高压信号，然后通过阻容滤波得到直流高压信号。
情况一，正负母线带电情况下，信号产生电路不工作：
（1）． s1，s2 闭合，对电阻r1，r2 进行电压采样，经过换算可以得到正负母线对电底盘的绝缘电阻上的电压up，un。进而得到直流系统的总电压u＝up＋un。等效电路如下所示：
（2）． s1 闭合，s2 断开，此时假设r1 两端的采样电压为u1，结合下面等效电路的电流流向，可以得出方程：u＝u1＊（r1＋r）／r1＋rn＊［u1／r1＋u1＊（r1＋r）／r1＊pp］。
（3）． s1 断开，s2 闭合，方法跟第二步相同，此时假设r2 两端的电压为u2，结合下面等效电路图中电流方向得出方程为：u＝u2＊（r2＋r）／r2＋rp＊［u2／r2＋u2＊（r2＋r）／r2＊pn］。
联合（2），（3）中的式子，解方程得到正负母线分别对电底盘的绝缘电阻值。完成检测后，将开关s1，s2 断开即可。
情况二，正负母线不带电情况下：
（1）． s1 闭合，s2 断开，正端注入pwm1 信号。等效电路如下图所示。信号注入后，r3 两端产生高压信号。假设电阻r3 两端的电压此时为u3，由r1 上采样电压换算得到的正地绝缘电阻上的电压为u1＇，可得如下方程：u3／r3＝u1＇／r1＋u1＇／（rp＋r）。可以解出正母线对地的绝缘电阻rp 的阻值。
（2）． s1 断开，s2 闭合，副端注入pwm2 信号，原理和方法与正端注入相似：u4／r4＝u2＇／r2＋u2＇／（rn＋r）。可以解出负母线对地的绝缘电阻rn的阻值。
完成检测后，断开开关s1，s2。关闭pwm 即可。
小结
无源检测法有效的解决了当电阻rp 和rn 同时减少而无法检测出动力电池绝缘状况的问题，但是也存在几点缺陷，一是当正负母线对地的绝缘组织相等时，方程组无解，此时无法求出绝缘电阻；二是在电池包开路故障下，无法测量绝缘电阻。
有源检测法可以有效的弥补无源检测法的端板，即在低电压或者开路故障时用高压注入法来检测系统的绝缘电阻。
好啦！本期的分享到此结束，感兴趣的小伙伴欢迎扫描下方的二维码关注公众号，也欢迎转发到朋友圈，让更多的小伙伴来参与我们的学习和讨论，我们下期见。（ps：后台回复绝缘检测可以自动获取绝缘检测相关国标文件）
参考资料：电子测量与仪器学报、汽车电器、知网、百度文库等
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