電池管理系統的絕緣檢測功能探討

電動汽車較傳統車多了一整套高壓部件(ESS、DCDC、電機等)，較高的工作電壓對高電壓系統與車輛底盤之間的絕緣性能提出了更高的要求。所以從安全性上考量必須增加對絕緣狀態(tài)的檢測，特別是車輛在復雜的應用環(huán)境下一旦出現碰撞、部件老化都可能導致絕緣性能的下降使底盤電位上升,不僅影響車載設備和ECU的工作，還會導致漏電回路的熱積累效應造成車輛起火燃燒。動力電池系統ESS是高壓的來源，因此絕緣檢測也成為了BMS關鍵的功能之一。

1.規(guī)范要求

GB/T 18384.3-2015人員觸電防護中定義最大工作電壓小于等于60V的電力組件為*電壓等級，最大工作電壓大于60V的電力組件為B級電壓等級，對于B級電力組件必須滿足其有足夠的絕緣電阻(Ri ≥ (Vb * 500 Ω/V))。在GB/T 18384.1-2015車載可充電儲能系統中規(guī)定BMS需要對動力電池系統所有部件集成完畢的狀態(tài)下進行絕緣檢測，且采用絕緣電阻阻值來衡量絕緣狀態(tài)。絕緣電阻可分為總正對地Rp和總負對地Rn，衡量系統絕緣狀態(tài)Ri一般取兩者之間的最小值。(目前48V系統正是出于避免達到B級電壓等級的要求而來的)

在QCT 897-2011電池管理系統技術條件中并未明確對絕緣電阻采集精度提出要求(如下表)。所以在項目應用中需以OEM的SOR為準或參考企業(yè)標準。絕緣檢測的范圍較寬(一般在0~10M)因此保證全量程高精度難度較高且實際意義并不大，在測試中可根據在不同的量程范圍設置不同的精度要求。例如在低阻值區(qū)間(≤100kΩ)精度要求≤15%，在高阻值區(qū)間(100kΩ~10MΩ)精度要求≤10%

2.檢測方式

目前BMS主要采用國標推薦的測量方法：

step1：閉合S1，斷開S2，采集U1點電壓和總壓U;

step2：閉合S2，斷開S1，采集U2點電壓和總壓U;

可得方程Rx=(U*R2-(R1+R2)*(U1+U2))/U1;Ry=(U*R2-(R1+R2)*(U1+U2))/U2;

代入U1、U2、R1、R2、以及總壓U即可通過方程求解Rx、Ry。

在商用車的應用中絕緣檢測功能經常會從BMU中剝離出來，采用絕緣檢測儀實現對絕緣電阻的測量。絕緣檢測儀多數采用的是低頻信號注入法，通過產生一個正負對稱的方波信號，使ESS與GND構成測量回路，通過回路電流Im與Rm求得的電壓值計算出絕緣電阻Ri。

3.Benchmark

收集了行業(yè)內部分企業(yè)組織關于絕緣檢測功能的技術：

4.應用中常見的問題

在實際應用中經常會出現客戶抱怨ESS有絕緣報警的情況，并且通常需要由BMS工程師到現場進行問題排查。但在高壓電池系統設計的過程中對絕緣防護的考量是重中之重，實際中真的是由于ESS問題導致的絕緣報警相對還是少數，更多的故障可能性來自于應用環(huán)境。例如是由于電機、DCDC等部件的絕緣問題出發(fā)了BMS的報警。所以在處理故障之前首先要確認ESS在高壓斷開情況下的狀態(tài)以排除外部因素。另一種情況在于與充電樁連接時產生的問題。在GB/T 18487.1-2015電動汽車傳導充電系統：通用要求中明確規(guī)定充電樁在充電啟動前自檢自身絕緣狀態(tài)并在進入充電狀態(tài)前關閉絕緣檢測，因此在合閘后的整個充電過程期間電動汽車(即BMS)是一個負責進行高壓絕緣檢測的部件，但實際上有很多品牌的充電樁并不能按照標準要求執(zhí)行，導致絕緣采樣互相干擾觸發(fā)絕緣報警。