電池管理系統(tǒng)的絕緣檢測(cè)功能探討

電動(dòng)汽車較傳統(tǒng)車多了一整套高壓部件(ESS、DCDC、電機(jī)等)，較高的工作電壓對(duì)高電壓系統(tǒng)與車輛底盤(pán)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(duì)絕緣狀態(tài)的檢測(cè)，特別是車輛在復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境下一旦出現(xiàn)碰撞、部件老化都可能導(dǎo)致絕緣性能的下降使底盤(pán)電位上升,不僅影響車載設(shè)備和ECU的工作，還會(huì)導(dǎo)致漏電回路的熱積累效應(yīng)造成車輛起火燃燒。動(dòng)力電池系統(tǒng)ESS是高壓的來(lái)源，因此絕緣檢測(cè)也成為了BMS關(guān)鍵的功能之一。

1.規(guī)范要求

GB/T 18384.3-2015人員觸電防護(hù)中定義最大工作電壓小于等于60V的電力組件為A級(jí)電壓等級(jí)，最大工作電壓大于60V的電力組件為B級(jí)電壓等級(jí)，對(duì)于B級(jí)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(chǔ)能系統(tǒng)中規(guī)定BMS需要對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)所有部件集成完畢的狀態(tài)下進(jìn)行絕緣檢測(cè)，且采用絕緣電阻阻值來(lái)衡量絕緣狀態(tài)。絕緣電阻可分為總正對(duì)地Rp和總負(fù)對(duì)地Rn，衡量系統(tǒng)絕緣狀態(tài)Ri一般取兩者之間的最小值。(目前48V系統(tǒng)正是出于避免達(dá)到B級(jí)電壓等級(jí)的要求而來(lái)的)

在QCT 897-2011電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件中并未明確對(duì)絕緣電阻采集精度提出要求(如下表)。所以在項(xiàng)目應(yīng)用中需以O(shè)EM的SOR為準(zhǔn)或參考企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。絕緣檢測(cè)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(shí)際意義并不大，在測(cè)試中可根據(jù)在不同的量程范圍設(shè)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(cè)方式

目前BMS主要采用國(guó)標(biāo)推薦的測(cè)量方法：

step1：閉合S1，斷開(kāi)S2，采集U1點(diǎn)電壓和總壓U;

step2：閉合S2，斷開(kāi)S1，采集U2點(diǎn)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U(xiǎn)1、U2、R1、R2、以及總壓U即可通過(guò)方程求解Rx、Ry。

在商用車的應(yīng)用中絕緣檢測(cè)功能經(jīng)常會(huì)從BMU中剝離出來(lái)，采用絕緣檢測(cè)儀實(shí)現(xiàn)對(duì)絕緣電阻的測(cè)量。絕緣檢測(cè)儀多數(shù)采用的是低頻信號(hào)注入法，通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)正負(fù)對(duì)稱的方波信號(hào)，使ESS與GND構(gòu)成測(cè)量回路，通過(guò)回路電流Im與Rm求得的電壓值計(jì)算出絕緣電阻Ri。

3.Benchmark

收集了行業(yè)內(nèi)部分企業(yè)組織關(guān)于絕緣檢測(cè)功能的技術(shù)專利：

4.應(yīng)用中常見(jiàn)的問(wèn)題

在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)客戶抱怨ESS有絕緣報(bào)警的情況，并且通常需要由BMS工程師到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行問(wèn)題排查。但在高壓電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中對(duì)絕緣防護(hù)的考量是重中之重，實(shí)際中真的是由于ESS問(wèn)題導(dǎo)致的絕緣報(bào)警相對(duì)還是少數(shù)，更多的故障可能性來(lái)自于應(yīng)用環(huán)境。例如是由于電機(jī)、DCDC等部件的絕緣問(wèn)題出發(fā)了BMS的報(bào)警。所以在處理故障之前首先要確認(rèn)ESS在高壓斷開(kāi)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(shí)產(chǎn)生的問(wèn)題。在GB/T 18487.1-2015電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)：通用要求中明確規(guī)定充電樁在充電啟動(dòng)前自檢自身絕緣狀態(tài)并在進(jìn)入充電狀態(tài)前關(guān)閉絕緣檢測(cè)，因此在合閘后的整個(gè)充電過(guò)程期間電動(dòng)汽車(即BMS)是唯一一個(gè)負(fù)責(zé)進(jìn)行高壓絕緣檢測(cè)的部件，但實(shí)際上有很多品牌的充電樁并不能按照標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行，導(dǎo)致絕緣采樣互相干擾觸發(fā)絕緣報(bào)警。