電池管理系統的絕緣測試功能探討

電動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非得新增對絕緣狀態的測試，特別是車輛在復雜的使用環境下一旦出現碰撞、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。動力鋰離子電池系統ESS是高壓的來源，因此絕緣測試也成為了BMS關鍵的功能之一。

1.規范要求

GB/T18384.3-2015人員觸電防護中含義最大工作電壓小于等于60V的電力組件為A級電壓等級，最大工作電壓大于60V的電力組件為B級電壓等級，關于B級電力組件非得滿足其有足夠的絕緣電阻(Ri≥(Vb*500Ω/V))。在GB/T18384.1-2015車載可充電儲能系統中規定BMS要對動力鋰離子電池系統所有部件集成完畢的狀態下進行絕緣測試，且采用絕緣電阻阻值來掂量絕緣狀態。絕緣電阻可分為總正對地Rp和總負對地Rn，掂量系統絕緣狀態Ri一般取兩者之間的最小值。(目前48V系統正是出于戒備達到B級電壓等級的要求而來的)

在QCT897-2011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)。所以在項目使用中需以OEM的SOR為準或參考公司標準。絕緣測試的范圍較寬(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，在探測中可依據在不同的量程范圍設置不同的精度要求。例如在低阻值區間(100kΩ)精度要求15%，在高阻值區間(100kΩ~10MΩ)精度要求10%

2.測試方式

目前BMS緊要采用國標推薦的測量辦法：

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。

在商用車的使用中絕緣測試功能常常會從BMU中剝離出來，采用絕緣測試儀實現對絕緣電阻的測量。絕緣測試儀多數采用的是低頻信號注入法，通過出現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

收集了行業內部分公司組織有關絕緣測試功能的技術專利：

4.使用中常見的問題

在實際使用中常常會出現客戶抱怨ESS有絕緣報警的情況，并且通常要由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使用環境。例如是由于電機、DCDC等部件的絕緣問題出發了BMS的報警。所以在解決故障之前首先要確認ESS在高壓斷開情況下的狀態以排除外部因素。另一種情況在于與充電樁連接時出現的問題。在GB/T18487.1-2015電動車傳導充電系統：通用要求中明確規定充電樁在充電啟動前自檢自身絕緣狀態并在進入充電狀態前封閉絕緣測試，因此在合閘后的整個充電過程期間電動車(即BMS)是唯一一個負責進行高壓絕緣測試的部件，但實際上有很多品牌的充電樁并不能按照標準要求執行，導致絕緣采樣互相干擾觸發絕緣報警。

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