動力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻測試分析

秦燕康　管玉杰　楊秋霞　梁曼榮　胡慧婧

【摘? 要】本試驗室在對不同批次的動力蓄電池總成進(jìn)行試驗驗證及ADV類的絕緣電阻測試過程中，以試驗中呈現(xiàn)的各項數(shù)據(jù)及狀態(tài)作為基礎(chǔ)，對測試過程中的關(guān)鍵點做了分析與總結(jié)，希望對后來人有所啟示。

【關(guān)鍵詞】動力蓄電池系統(tǒng)總成；絕緣電阻；分析與總結(jié)

中圖分類號：U469.72? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）08-0025-03

Insulation Resistance Test Analysis of Power Battery System

QIN Yan-kang，GUAN Yu-jie，YANG Qiu-xia，LIANG Mang-rong，HU Hui-jing

（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Guangxi Laboratory of New Energy Automobile，

Guangxi Key Laboratory of Automobile Four New Features，Liuzhou 545007，China）

【Abstract】In the process of testing and verifying power battery assemblies from different batches and conducting insulation resistance tests on ADV types，this laboratory analyzed and summarized the key points during the testing process based on the various data and states presented in the experiment，hoping to provide inspiration for future generations.

【Key words】power battery system；insulation resistance；analysis and summary

隨著新能源汽車的發(fā)展，動力蓄電池系統(tǒng)總成作為新能源汽車最重要的零部件之一，也在不斷地升級迭代。動力蓄電池系統(tǒng)總成的安全問題成為生產(chǎn)者、運輸者及消費者尤為關(guān)注的焦點，各方面都在持續(xù)性地投入資金及精力確保其安全性。試驗室在保證其安全性的過程中起到了一個裁判員的作用，在試驗后通過數(shù)據(jù)和現(xiàn)場狀態(tài)的分析判斷，得出安全測試的結(jié)果，而其中作為動力蓄電池系統(tǒng)總成安全測試之一的絕緣電阻測試是一個關(guān)鍵指標(biāo)，將在本文中進(jìn)行分析與歸納。

本試驗室從產(chǎn)品開發(fā)測試、品質(zhì)抽檢、售后驗證的不同渠道接收到不同批次、不同廠家及不同型號的動力蓄電池系統(tǒng)總成，經(jīng)過多次測試獲得充足的數(shù)據(jù)。本文將從動力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻試驗的全過程出發(fā)，以試驗中呈現(xiàn)的各項數(shù)據(jù)及狀態(tài)作為基礎(chǔ)，通過現(xiàn)象來分析及總結(jié)試驗情況。

1? 試驗方法及要求

動力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻試驗方法依據(jù)的是《GB 38031—2020電動汽車用動力蓄電池安全要求》及《GB 18384—2020電動汽車安全要求》，通過仔細(xì)研讀標(biāo)準(zhǔn)及測試人員在現(xiàn)場的實際操作步驟，再結(jié)合與各第三方試驗機構(gòu)學(xué)習(xí)交流的經(jīng)驗，總結(jié)出動力蓄電池系統(tǒng)絕緣電阻的試驗方法，其試驗方法簡稱分為兩表法和直接測量法。試驗的關(guān)鍵事項如下所述。

1）試驗安全事項：結(jié)合多次試驗經(jīng)驗，以及現(xiàn)在動力蓄電池系統(tǒng)總成電壓平臺升高的趨勢，除了正常穿戴勞保用品外，還有如下注意事項：①在從庫房運送動力蓄電池系統(tǒng)總成過程中，叉車運輸人員應(yīng)注意平穩(wěn)運輸，不宜有劇烈晃動；②測試人員在試驗前應(yīng)注意檢查其外表有無損壞，尤其需關(guān)注其線束插接口處有無損壞，插針是否齊全等；③操作人員應(yīng)在全過程佩戴絕緣手套，不可疏忽及存在僥幸心理；④試驗完成后需驗電，如仍有帶電需放電后再將樣件放回庫房，以免后續(xù)人員接觸導(dǎo)致觸電。

2）試驗環(huán)境要求：《GB 18384—2020電動汽車安全要求》對環(huán)境沒有明確要求，而《GB 38031—2020電動汽車用動力蓄電池安全要求》中對溫濕度做出了明確規(guī)定，從試驗的嚴(yán)謹(jǐn)性而言，以環(huán)境溫度范圍17～27℃、環(huán)境濕度范圍15%～90%R.H為準(zhǔn)。

3）試驗儀器設(shè)備：根據(jù)上述兩種測量動力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻的方法，兩表法需要內(nèi)阻r不小于10MΩ的電壓檢測工具2臺，即測試中常用的萬用表（1MΩ定值電阻R0）1只；直接測量法需要絕緣電阻測量儀器1臺。另外，需要1臺電腦和1個CAN盒，用于開啟和關(guān)閉動力蓄電池系統(tǒng)總成的絕緣監(jiān)控及開閉其內(nèi)部繼電器。

4）試驗結(jié)果要求：絕緣電阻不小于100Ω/V，即得到的絕緣電阻值除以電池包額定電壓的值大于等于100Ω/V。

測試人員在對蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻測試研讀標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行探討及試驗步驟的編排，并在試驗后編制了試驗的實施細(xì)則，將測試成果做了進(jìn)一步的鞏固，下面將詳細(xì)展開對兩表法和直接測量法測量動力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻過程的分享。詳細(xì)的內(nèi)容分為測量過程、安全注意事項及測試的分析與總結(jié)。

1.1? 兩表法測量絕緣電阻

根據(jù)試驗室對鋰離子電池的安全要求，進(jìn)行測試時應(yīng)把動力蓄電池系統(tǒng)總成置于有消防設(shè)施的裝置中，因此本試驗室做該測試時將樣件放置在防爆箱中，溫濕度控制在上述溫濕度范圍，操作人員穿戴相應(yīng)防護用具將樣件的輸出正負(fù)極線束及低壓信號線束從防爆箱中引出來作為試驗準(zhǔn)備，驗電，無誤后開始接線。兩表法測量動力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻接線示意如圖1所示。

使用1臺電壓檢測工具連接樣件的正極線和搭鐵線，打到直流電壓擋，擋位根據(jù)樣件額定電壓選擇，量程應(yīng)不小于樣件額定電壓的一半；另外1臺電壓檢測工具連接樣件的負(fù)極線和搭鐵線，量程應(yīng)不小于樣件額定電壓的一半。低壓信號線連接CAN盒和電腦，此時接線人員接線工作結(jié)束，全部人員離開此區(qū)域。另外1位操作人員開啟電腦，登錄上位機軟件，關(guān)閉該樣件的絕緣監(jiān)控并閉合內(nèi)部繼電器。待2個表讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄所得電壓數(shù)據(jù)，同時記錄此時的溫度值及濕度值，需備注的是電壓較高的為U1，較低的為U1′。

記錄完數(shù)據(jù)后，在上位機軟件上重新開啟絕緣監(jiān)控并開啟繼電器，操作人員將1MΩ的定值電阻并聯(lián)在測得U1的兩線束之間，并將2個電壓檢測工具的直流電壓打到量程不低于樣件額定電壓的擋位，接著由操作人員關(guān)閉絕緣監(jiān)控和內(nèi)部繼電器，待電壓示數(shù)穩(wěn)定后讀取并記錄，同時記錄此時的溫度值及濕度值，需備注電壓測量值為U2和U2′。

兩表法測量結(jié)束，驗電無誤后拆除線束、整理工具。

需要的樣件絕緣電阻值Ri可以根據(jù)R0和4個電壓值U1、U1′、U2和U2′以及電壓檢測工具內(nèi)阻r計算得出，公式如下：

帶入測量的電壓值、定值電阻值以及電壓檢測內(nèi)阻值可得出樣件絕緣電阻值，如式（1）所示，然后將得出的絕緣電阻值除以樣件額定電壓，如式（2）所示，即可判斷是否符合要求。

1.2? 直接測量法測量絕緣電阻

將樣件放置在防爆箱中一段時間，溫濕度控制在上述溫濕度范圍，操作人員穿戴相應(yīng)防護用具將樣件的輸出正負(fù)極線束及低壓信號線束從防爆箱中引出來作為試驗準(zhǔn)備，驗電，沒有問題后開始接線。直接測量法測量動力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻接線示意如圖2所示。

將絕緣電阻測試儀的測量線分別連接樣件的正極線、負(fù)極線和搭鐵線，開啟絕緣電阻測試儀熱機5min，施加電壓為DC 500V或1.5倍樣件額定電壓中較大者，設(shè)置施加電壓時長以30s為宜，首先測試動力蓄電池系統(tǒng)總成正極搭鐵的絕緣電阻，接著測試其負(fù)極搭鐵的絕緣電阻，測得2個絕緣阻值后除以樣件額定電壓，同式（2），判斷該數(shù)值是否符合要求。

2? 試驗問題分析

在動力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻測試過程中，有如下幾個問題需要特別注意，否則會對安全及試驗結(jié)果造成重大影響。

2.1? 安全注意事項

不注重該試驗的特殊性會造成安全事故，慣性思維使得我們?nèi)菀茁楸?，認(rèn)為給樣件上電才有觸電危險，然而不能排除樣件在來試驗場地前是否已關(guān)閉輸出，電池包輸出電壓高達(dá)上百伏，遠(yuǎn)超人體能承受的安全電壓，應(yīng)主動佩戴高壓防護用具，確保人身安全。

另外，為防止試驗過程的某些不可預(yù)測因素，電池包須放置在防爆隔離箱中，線束從防爆箱的開口處出來連接測試儀器設(shè)備，最大限度保證人員試驗過程安全。

動力蓄電池系統(tǒng)總成的運輸也需要特別注意，需安排特種車輛運送樣件至試驗室，到達(dá)試驗室后，從庫房運出到臺架過程中，叉車運輸人員也應(yīng)盡量保證平穩(wěn)運送，安全送達(dá)。

2.2? 儀器選擇及擋位

儀器選擇不當(dāng)或擋位選擇不當(dāng)會造成數(shù)據(jù)偏差或錯誤，因而使用上述的兩表法及直接測量法測量動力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻時，所使用的電壓檢測工具準(zhǔn)確度見表1。

值得注意的是，在多次試驗后，經(jīng)過對比多組記錄數(shù)據(jù)得出：電壓值U1和U1′之間的差值極小，只達(dá)到零點幾伏甚至更小的數(shù)值，故在使用“兩表法”測量動力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻過程中要注意擋位的選擇，如測量U1及U1′時，電壓擋位應(yīng)選擇比樣件額定電壓值稍大一半的量程；而測量電壓值U2及U2′，需選擇額定電壓值稍大的量程，避免擋位選擇過大造成結(jié)果有誤。

2.3? BMS控制器輸入電壓

試驗過程中在調(diào)節(jié)BMS控制器的輸入電壓值時，使用兩表法測量部分動力蓄電池系統(tǒng)總成絕緣電阻，某些生產(chǎn)廠家的動力蓄電池系統(tǒng)總成的BMS控制器的輸入電壓低于12.4V時，上位機關(guān)閉絕緣監(jiān)控及閉合內(nèi)部繼電器后，電壓檢測工具讀數(shù)不穩(wěn)定或者數(shù)據(jù)與目標(biāo)值有較大偏差，此時需先排查接線是否無誤，接著需要調(diào)整上述輸入電壓及整個樣件的所有相關(guān)參數(shù)，避免無效操作。因前幾次設(shè)置輸入電壓都為12.2V，測試時未及時調(diào)整導(dǎo)致電壓表U1和U1′只有目標(biāo)值的一半，最終導(dǎo)致測試失敗，需引以為鑒。

3? 結(jié)束語

從整個測試來看，把握幾個關(guān)鍵節(jié)點，穿戴放防護用具、合理選擇儀器和擋位，以及根據(jù)動力蓄電池系統(tǒng)總成的參數(shù)設(shè)置輸入數(shù)據(jù)，與此同時，研讀標(biāo)準(zhǔn)及細(xì)節(jié)也需注意，在前期過程中，本試驗室對電壓值U1和U1′的理解及R0并聯(lián)處的位置有爭議，并在實際操作中出現(xiàn)小錯誤，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析及重新解讀后糾正了錯誤。另外，選擇兩表法或直接測量法應(yīng)根據(jù)試驗檢測機構(gòu)本身所擁有測試設(shè)備的情況來定，其中值得指出的是，兩表法測量所得數(shù)據(jù)加上原有數(shù)據(jù)較多，帶入公式計算時易出錯，計算需謹(jǐn)慎。

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（編輯? 凌? 波）

作者簡介

秦燕康（1991—），男，研究方向為新能源汽車整車及零部件測試。