新能源商用車高壓絕緣測(cè)試要求以及方法

朱亞萍，趙雷雷，劉海娃，楊 鶴

（德創(chuàng)未來汽車科技有限公司，陜西 西安 713700）

隨著汽車行業(yè)電動(dòng)化程度的不斷推進(jìn)，人們對(duì)新能源車輛的接受程度也越來越高。近年來，新能源商用車，尤其是新能源載貨車，充當(dāng)著城市物流的主力軍，已經(jīng)在城市經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著愈加顯著的作用。但是，作為新能源商用車，尤其是新能源載貨車，其在使用過程中，頻繁地出現(xiàn)斷高壓的問題，究其原因，很多時(shí)候都是因?yàn)檎嚫邏合到y(tǒng)絕緣出現(xiàn)問題。而對(duì)于此類問題，在售后維修過程中經(jīng)常要使用絕緣測(cè)試設(shè)備進(jìn)行整車絕緣電阻的檢測(cè)，以便進(jìn)行整車絕緣失效問題的分析以及絕緣失效點(diǎn)的判斷，從而為最終解決問題提供參考。

1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)絕緣電阻的要求

GB 18384作為電動(dòng)汽車安全方面的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于新能源汽車的高壓安全提出了一系列的要求，以確保電動(dòng)汽車在使用過程中，即便出現(xiàn)了一些故障，也不至于對(duì)人身安全造成潛在威脅。根據(jù)GB18384—2020《電動(dòng)汽車安全要求》第5.1.4.1條要求，新能源商用車絕緣電阻應(yīng)該滿足如下要求： “在最大工作電壓下，直流電路絕緣電阻的最小值應(yīng)至少不小于100Ω/V，交流電路應(yīng)至少不小于500Ω/V。如果直流和交流的B級(jí)電壓電路可導(dǎo)電的連接在了一起，則應(yīng)滿足絕緣電阻不小于500Ω/V”。

備注：按照GB 18384—2020中第4章電壓等級(jí)要求，直流電路的最大工作電壓滿足：50V＜≤1000V，或者交流電路的最大工作電壓的有效值滿足：30V＜≤1000V時(shí)，該直流電壓電路或者交流電壓電路就稱為B級(jí)電壓電路。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求，我公司新能源商用車動(dòng)力系統(tǒng)電壓目前按照最高750V dc進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于直流電壓電路，如動(dòng)力電池、電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)等直流電源回路，絕緣電阻可以最小按照100Ω/V的要求進(jìn)行，此時(shí)的絕緣電阻最小值應(yīng)該為75kΩ；而對(duì)于油泵電機(jī)或者驅(qū)動(dòng)電機(jī)等交流電壓電路，需要按照500Ω/V的要求進(jìn)行，此時(shí)電路的最高電壓有效值為380V ac，那么絕緣電阻最小值應(yīng)該為190kΩ。

通過新能源車型實(shí)際開發(fā)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，發(fā)現(xiàn)在零部件絕緣電阻測(cè)試時(shí)，如果絕緣電阻低于200～300kΩ時(shí)，一般B級(jí)電壓電路都會(huì)發(fā)生絕緣故障，故我公司目前在進(jìn)行新能源商用車的整車絕緣狀態(tài)的檢測(cè)與判定時(shí)，一般按照兩個(gè)等級(jí)進(jìn)行絕緣電阻報(bào)警閾值設(shè)置，第一級(jí)為300kΩ，第二級(jí)為500kΩ。

在車輛行駛過程中，遇到整車絕緣故障時(shí)：①如整車絕緣電阻值低于500kΩ時(shí)，觸發(fā)二級(jí)絕緣報(bào)警，系統(tǒng)發(fā)出絕緣報(bào)警低提示，動(dòng)力系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入限功率狀態(tài)，整車基本功能能夠滿足，但是性能會(huì)下降；②如整車絕緣電阻值低于300kΩ時(shí)，觸發(fā)一級(jí)絕緣報(bào)警，系統(tǒng)發(fā)出絕緣報(bào)警低提示，并且斷掉整車高壓系統(tǒng)動(dòng)力供給。

與此同時(shí)，對(duì)于新能源商用車，在車輛起動(dòng)時(shí)會(huì)進(jìn)行整車絕緣電阻值的檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)絕緣電阻值偏低，也會(huì)進(jìn)行兩級(jí)故障處理：①如整車絕緣電阻值低于500kΩ時(shí)，觸發(fā)二級(jí)絕緣報(bào)警，系統(tǒng)發(fā)出絕緣報(bào)警低提示，整車可以上高壓，但是車輛動(dòng)力系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入限功率狀態(tài)，車輛性能會(huì)下降；②如整車絕緣電阻值低于300kΩ時(shí)，觸發(fā)一級(jí)絕緣報(bào)警，系統(tǒng)發(fā)出絕緣報(bào)警低提示，整車無法上高壓。

2 新能源商用車高壓系統(tǒng)絕緣測(cè)試方法

2.1 測(cè)量前的準(zhǔn)備

1）測(cè)試設(shè)備：絕緣表 （內(nèi)阻不小于10MΩ）、絕緣手套、絕緣鞋。

2）測(cè)試場(chǎng)所：干燥、通風(fēng)場(chǎng)所。

2.2 測(cè)試的外界條件

1）國(guó)標(biāo)GB 18384的條件：測(cè)量之前，被測(cè)設(shè)備應(yīng)在溫度為5℃±2℃的條件下準(zhǔn)備至少8h，而后進(jìn)行溫度為23℃±5℃，濕度為85%～100%，氣壓為86～106kPa條件下的8h測(cè)量階段，以達(dá)到露點(diǎn)。

2）實(shí)際測(cè)試時(shí)的條件：被測(cè)設(shè)備平放在絕緣桌面或者類似的干燥絕緣體上，保證測(cè)試過程中被測(cè)設(shè)備不會(huì)掉落。

2.3 測(cè)試要求

1）測(cè)試電壓：①測(cè)試電壓應(yīng)為不小于被測(cè)對(duì)象B級(jí)電壓的最大工作電壓的直流電壓，如電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)的B級(jí)電壓最高電壓為650V dc，則絕緣電阻測(cè)試的測(cè)試電壓選取不低于650V dc，按照Fluke 1508絕緣表的量程選取時(shí)，應(yīng)該選取1000V dc；②如果系統(tǒng)中傳導(dǎo)相連的電路中有多個(gè)電壓等級(jí)（例如系統(tǒng)中有DC/DC電源變換器），并且某些組件不能承受整個(gè)電路的最大工作電壓，則可以斷開這些組件，用它們各自的最大工作電壓對(duì)絕緣電阻進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量。

2）測(cè)試時(shí)間：一般要求每次測(cè)量持續(xù)時(shí)間在10s以上。

3）測(cè)試連接要求：①測(cè)量部分的端子應(yīng)從電力系統(tǒng)中斷開；②如果測(cè)量部分的端子無法和電力系統(tǒng)斷開，則需停止來自于電力系統(tǒng)的能量供給；③需要進(jìn)行絕緣電阻的測(cè)量包括B級(jí)電壓的帶電端子和外殼可帶電部分[電力系統(tǒng)負(fù)載（B級(jí)電壓）所有帶電部分應(yīng)互相連接；電力系統(tǒng)負(fù)載所有外露可導(dǎo)電部分應(yīng)與電平臺(tái)相連接；輔助電力系統(tǒng)負(fù)載（A級(jí)電壓）的電池終端應(yīng)從輔助電路中斷開；輔助電力系統(tǒng)負(fù)載（A級(jí)電壓）所有帶電部分應(yīng)與電平臺(tái)相連接]；④測(cè)試電壓應(yīng)加載在相互連接的B級(jí)電壓電力系統(tǒng)負(fù)載帶電部分和電平臺(tái)之間。

2.4 絕緣電阻的測(cè)試過程

目前在新能源汽車的實(shí)際絕緣電阻測(cè)試過程中，F(xiàn)luke系列數(shù)字絕緣表以其操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)得到了大量的應(yīng)用。本節(jié)以用Fluke 1508絕緣表測(cè)量絕緣電阻值的過程為例，進(jìn)行絕緣電阻的測(cè)試過程說明。

圖1為Fluke 1508絕緣表的界面。在進(jìn)行測(cè)試前，首先測(cè)試探頭插入V和COM（公共）輸入端子，選好電壓擋位，如測(cè)量電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)時(shí)，需要選取1000V dc的電壓擋位。同時(shí)，將電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)平放在不導(dǎo)電的干燥桌面上，帶好絕緣手套，按照?qǐng)D2所示，分別用絕緣表的 “+”、 “-”表筆接觸在電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)的高壓電源“+”、金屬外殼或者“-”、金屬外殼，待一切準(zhǔn)備就緒后，按測(cè)試按鈕持續(xù)10s左右后，此時(shí)將獲得一個(gè)有效的絕緣電阻讀數(shù)，該讀數(shù)即為此時(shí)的絕緣電阻值。測(cè)試完成后，松開測(cè)試按鈕，待放電結(jié)束后，將絕緣表的“+”、“-”表筆分別移離被測(cè)體電源的 “+”、金屬外殼或者“-”、金屬外殼。

圖1 絕緣測(cè)試儀界面

圖2 絕緣表測(cè)絕緣接線示意

備注：

1）絕緣測(cè)試時(shí)，只能在被測(cè)件不通電的情況下進(jìn)行。

3）當(dāng)電阻超過最大顯示量程時(shí)，測(cè)試儀顯示＞符號(hào)以及當(dāng)前量程的最大電阻。

2.5 絕緣電阻的測(cè)試記錄

在進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試完成后，需要做好測(cè)試記錄。以電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)為例，其絕緣電阻測(cè)試記錄見表1。

表1 直流零部件絕緣測(cè)試表

備注：因?yàn)樵搲嚎s機(jī)的最大工作電壓為650V dc左右，所以測(cè)試絕緣時(shí)絕緣表的測(cè)試擋位應(yīng)選用1000V dc。

2.6 絕緣電阻測(cè)試結(jié)果的判斷

根據(jù)測(cè)試的工作經(jīng)驗(yàn)，判斷零部件絕緣電阻是否滿足要求有兩個(gè)方法。

1）根據(jù)絕緣電阻值進(jìn)行判斷。當(dāng)＞500kΩ時(shí)，說明零部件絕緣電阻值滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2）根據(jù)筆者實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)零部件絕緣電阻測(cè)試時(shí)，如果絕緣電阻不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，一般都會(huì)伴隨著被測(cè)件的絕緣電壓無法正常加載的現(xiàn)象發(fā)生，所以可以根據(jù)測(cè)絕緣電阻時(shí)的實(shí)際加載電壓來判斷被測(cè)件絕緣電阻的正常與否。以圖3為例，測(cè)試時(shí)選取測(cè)量電壓1000V dc，實(shí)際表上加載為1050V dc，測(cè)試的絕緣電阻值為537MΩ，說明被測(cè)件的絕緣電阻值滿足要求；相反，如圖4所示，測(cè)試時(shí)選取測(cè)量電壓1000V dc，實(shí)際表上加載為1V dc，此時(shí)對(duì)應(yīng)的絕緣電阻值為0MΩ，說明被測(cè)件的絕緣電阻不滿足要求。

圖4 絕緣故障時(shí)絕緣表顯示數(shù)值情況

3 結(jié)束語(yǔ)

本文基于公司新能源商用車開發(fā)測(cè)試實(shí)際情況，介紹了新能源商用車B級(jí)電壓的絕緣測(cè)試要求、測(cè)試方法、具體操作以及關(guān)注點(diǎn)等方面的內(nèi)容。此方法已經(jīng)全面應(yīng)用于我公司新能源商用車的絕緣測(cè)試過程中。