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電動汽車絕緣電阻如何在線檢測?


時間:2018-01-05 作者:儀商網(wǎng)
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電動汽車是一個復(fù)雜的機電一體化產(chǎn)品,其中的許多部件包括動力電池、電機、充電機、能量回收裝置、輔助電池充電裝置等都會涉及高壓電器絕緣問題。這些部件的工作條件比較惡劣,振動、酸堿氣體的腐蝕、溫度及濕度的變化,都有可能造成動力電纜及其他絕緣材料迅速老化甚至絕緣破損,使設(shè)備絕緣強度大大降低,危及人身安全。

目前發(fā)電廠、變電站等場所直流高壓系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測技術(shù)有多種方式,但都存在一些缺點,如繼電器檢測方式靈敏度低,平衡電橋法在正負極絕緣同時降低時不能準確及時報警,注入交流信號法不僅會使直流系統(tǒng)紋波增大,影響供電質(zhì)量,而且系統(tǒng)的分布電容會直接影響測量結(jié)果,分辨率低。與電力系統(tǒng)直流絕緣監(jiān)測不同的是,電動汽車直流系統(tǒng)電壓等級涵蓋90~500V的寬范圍,而且運行過程中電壓頻繁變化。文中提出的利用端電壓監(jiān)測系統(tǒng)絕緣狀況的方法可以較好地解決上述問題,具有較高的精度,完全適合在電動汽車上應(yīng)用。

絕緣電阻測量

原理電動汽車的絕緣狀況以直流正負母線對地的絕緣電阻來衡量。電動汽車的國際標準[1]規(guī)定:絕緣電阻值除以電動汽車直流系統(tǒng)標稱電壓U,結(jié)果應(yīng)大于100Ω/V,才符合安全要求。標準中推薦的牽引蓄電池絕緣電阻測量方法適用于靜態(tài)測試,而不滿足實時監(jiān)測的要求。

文中通過測量電動汽車直流母線與電底盤之間的電壓,計算得到系統(tǒng)的絕緣電阻值。假設(shè)電動汽車的直流系統(tǒng)電壓(即電池總電壓)為U,待測的正、負母線與電底盤之間的絕緣電阻分別為RP、RN,正、負母線與電底盤之間的電壓分別為UP、UN,則待測直流系統(tǒng)的等效模型如圖1中的虛線框內(nèi)所示。



圖1為電動汽車絕緣電阻測量原理,圖中RC1、RC2為測量用的已知阻值的標準電阻。


工作原理如下:當(dāng)開關(guān)S1、S2全部斷開時,測量正、負母線與電底盤之間的電壓分別為UP0、UN0,由電路定律[2]可以得到

UP0/RP=UN0/RN(1)

當(dāng)開關(guān)S1閉合、S2斷開時,則在正母線與電底盤之間加入標準偏置電阻RC1,測量正、負母線與電底盤之間的電壓分別為UPP、UNP,同樣可以得到


同樣,絕緣電阻在以下2種情況也可以得到:     S1、S2全部斷開和S1斷開、S2閉合;

(2)S1閉合、S2斷開和S1斷開、S2閉合。

測量結(jié)果誤差分析

由上述計算公式可知,絕緣電阻RP、RN的具體數(shù)值由4個測量電壓值和已知標準電阻計算得到,最終結(jié)果的精度與電壓測量和標準電阻的精度直接相關(guān)。另外,開關(guān)動作前后,電池電壓隨汽車加、減速的變化對結(jié)果的影響也應(yīng)分析。

(一) 測量參數(shù)對精度的影響

假設(shè)電池總電壓U保持不變,UP0、UN0、UPP、UNP的測量相對誤差分別為γp0、γN0、γpp、γNP,標準電阻RC1的相對誤差為γRC,待測的RP、RN的實際值為RP0、RN0,且在測量過程中保持不變,根據(jù)誤差理論的誤差絕對值合成法[3]可以得到RP、RN的相對誤差γRP、γRN分別為:


分析可知,系統(tǒng)的總誤差與標準電阻阻值和被測電阻之間的比例有直接的關(guān)系。當(dāng)RC1nRP0時,系統(tǒng)的測量誤差最小。此時假設(shè)標準電阻的誤差可以忽略不計,電壓測量誤差γp0=γN0=γpp=γNP=γV,如果要求計算結(jié)果的總誤差γ≤5%,則電壓測量的誤差必須滿足γV≤1125%。

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