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純電動車高壓部件對車身電壓問題剖析

2020-06-06 01:03:14·  來源：《純電動車高壓部件對車身電壓問題剖析》  
　
電動汽車盡管已普及，但用車單位對電源高壓問題卻存在許多困惑。如用萬用表測量高壓部件與車身之間的電壓的方法來判斷高壓部件的絕緣情況，發(fā)現(xiàn)高壓部件對車身電
電動汽車盡管已普及，但用車單位對電源高壓問題卻存在許多困惑。如用萬用表測量高壓部件與車身之間的電壓的方法來判斷高壓部件的絕緣情況，發(fā)現(xiàn)高壓部件對車身電壓一般有一百多伏甚至有幾百伏，且正、負極對地電壓之和又小于電池總電壓，又測得正極壓降與負極壓降之和總小于總電壓。這個問題使很多從事純電動車維修的人員困惑，本文就來剖析這個疑惑。

1 純電動車高壓部件對車身電壓的分析

1.1 純電動車高壓部件概述及絕緣性要求

純電動車高壓部件主要包括鋰動力電池、BMS高壓柜、驅動電機、驅動電機控制器、高壓控制柜、DC /DC、DC /AC、打氣泵、轉向泵、空調、暖風、除霜器以及高壓線等。概括起來就是1 個動力系統(tǒng)加4 個輔助系統(tǒng)。

純電動車高壓部件正、負極與車身之間都應處于絕緣狀態(tài)，絕緣值應符合GB /T 18384. 3—2015 中大于500 Ω/V 的要求。商用純電動車電壓一般不超過700 V，一般企業(yè)標準規(guī)定，當用絕緣檢測儀檢測到絕緣值低于0. 5 MΩ 時就報警，高于國標要求。但實際絕緣值要高于此標準，驅動電機、轉向泵電機、打氣泵電機三相線的絕緣值一般都大于500 MΩ，風冷鋰電池、空調、除霜器、暖風高壓的絕緣值大于200MΩ，驅動電機控制器絕緣值最低，大約為6 ～ 20MΩ。所以，整車高壓部件的絕緣情況受驅動電機控制器的影響較大，新車高壓部分絕緣電阻一般在5MΩ 左右。

1.2 純電動車高壓部件對車身電壓的理論分析

 
純電動車高壓部件總正、總負與車身的電壓滿足歐姆定律，絕緣電阻分壓的等效電路如圖1 所示( 圖中，Ｒ1為電動車總負載; 虛框為用萬用表測電壓狀態(tài)) 。其中U= 700 V( 電池總電壓) ; Ｒ2、Ｒ3各≈5 MΩ( 正、負高壓線對車身絕緣電阻) 。
根據歐姆定理，Ｒ2、Ｒ3所分電壓為:

 
因此，在滿足絕緣性要求的純電動車上，高壓部件正極、負極理論上對車就有電壓存在，而且正、負極壓降之和為電池總電壓。即高壓部分正、負極對車身存在高電壓屬正?，F(xiàn)象，電壓大小與總正、總負極相應絕緣電阻之比有關。但用萬用表實際測量時，總正、總負極電壓之和與電池總電壓不一樣，這是因為用萬用表測量時存在干擾。

2 萬用表測電壓的干擾

2.1 萬用表測電壓原理
 
用萬用表測量電壓時，其內部接線原理如圖2 所示。在萬用表內串有一個電阻Ｒg，相當于在萬用表表針放置的被測兩點間串聯(lián)了一個電阻Ｒg，而且Ｒg隨電壓擋位不同電阻值也不同。當測量電壓在200 mV 以下時，不串聯(lián)電阻; 當測量電壓在200 mV ～2 V 擋，串聯(lián)9 kΩ 電阻; 當測量電壓在2 ～ 20 V 擋，串聯(lián)99 kΩ 電阻; 當測量電壓在20 ～ 200 V 擋，串聯(lián)1 MΩ電阻; 當測量電壓在200 ～ 2 000 V 時，串聯(lián)10MΩ 電阻。

很明顯，在用萬用表測量高壓部件對車身電壓時，萬用表內接電阻存在很大干擾。

2. 2 萬用表干擾情況分析

2. 2. 1 單萬用表測量干擾情況

當用一只萬用表接在圖1 的A 點( 正極) 與車身之間測量電壓時，根據電阻并聯(lián)原理，正極有效電阻Ｒ效為( 對應于測量電壓的一般數據，Ｒg為10MΩ) :

Ｒ效= Ｒg·Ｒ2 /( Ｒg+Ｒ2) = 10×5 /( 10+5) = 10 /3 MΩ

則UＲ2 =UＲ效/( Ｒ效+Ｒ3) = 700×10 /3 /( 10 /3+5) ≈279. 8 V

同樣，將萬用表接在圖1 的B 點( 負極) 與車身之間測量電壓時，可得UＲ3 =UＲ2≈279. 8 V。U總=UＲ2 +UＲ3 = 279. 8 V+279. 8 V= 559. 6 V＜700 V。

因此，用一只萬用表測量電壓時，在萬用表內阻干擾下，總正、負極測量值之和比總電壓小，但不是實際電壓，實際電壓之和應為電池總電壓。

2.2. 2 雙萬用表測量干擾情況

如用兩個一樣的萬用表在圖1 的A 點( 正極) 與車身間、B 點( 負極) 與車身間同時進行電壓測量，則有:

 
可見，采用雙萬用表可消除萬用表干擾，正、負極壓降之和等于總電壓，且為實際壓降。

2.3 風冷鋰電池對車身電壓測量

1)單萬用表測量。風冷鋰電池絕緣電阻一般比較大，即圖1 中Ｒ2、Ｒ3一般都在200 MΩ 以上，用一只萬用表測量電池對車身電壓時，若U= 700 V，Ｒ2 =Ｒ3都取200 MΩ，Ｒg = 10 MΩ，則用上述方法算得:

 
所以，當絕緣電阻比萬用表內阻Ｒg大得多時，萬用表上顯示電壓會很小，當正、負絕緣電阻趨近于∞，萬用表顯示電壓趨近于0，但并非實際電壓。無論絕緣電阻有多大，高壓部分總正、總負實際壓降之和應為電池總電壓。

2)雙萬用表測量。如果用兩個一樣的萬用表在風冷鋰電池正、負極同時測上述電池對車身電壓，同樣可得:
純電動車高壓部件對車身電壓問題剖析
 
可見，在絕緣電阻很大的情況下，采用雙萬用表仍可消除萬用表干擾，總正、總負極壓降之和等于總電壓，且為實際壓降。

3 實驗驗證

按實車配置制作了一個純電動車高壓模型，并采用單、雙表法對高壓部件、鋰電池與車身間電壓進行測量驗證。

3.1 檢測高壓部件

1)單表法測量。采用單表法測量整車正、負電壓的條件: 鑰匙打到start 擋，整車上高壓，鋰電池電壓U= 611 V，整車高壓部件正極絕緣電阻Ｒ2 = 5. 4 MΩ，負極絕緣電阻Ｒ3 = 4. 3 MΩ，同上理論計算得:

 
實際測量值見表1。
 
此時U總測= U正測+ U負測= 273. 9 V+ 220. 3 V =494. 2 V＜611 V，與理論分析相符。

2)雙表法測量。雙表測量的條件及有關參數與上述單表測量相同，同樣理論計算可得:

 
實際測量值見表2。
 
此時U總測= U正測+ U負測= 331. 5 V + 279. 3 V =610. 8 V≈611 V，與理論分析相符。

3.2 檢測鋰電池

1)單表法測量。將鋰電池連接BMS 的高壓線拆除，采用單表法分別測量鋰電池正、負極對車身電壓。檢測條件: 鋰電池電壓U= 611 V，鋰電池正極絕緣電阻Ｒ2 = 320 MΩ，負極絕緣電阻Ｒ3 = 410 MΩ。用上述方式理論計算可得

 
實際測量值見表3。
 
此時U總測= U正測+ U負測= 14. 05 V+ 14. 26 V =28. 31 V＜611 V，與理論分析相符。

當絕緣電阻與萬用表內串電阻差別比較大時，用單表法所測電壓就比較小，與理論分析相符。

2)雙表法測量。雙表測量的條件與單表法測量相同，同樣方法理論計算可得:

 
實際測量結果見表4。

 
此時U總測= U正測+ U負測= 303. 5 V+ 307. 1 V =610. 6 V≈611 V，與理論分析相符。

即使絕緣電阻與萬用表內串電阻差別比較大，用雙表法所測電壓一樣也比較大，也與理論分析相符。

4 結論

1)對于絕緣電阻符合要求的純電動汽車，高壓部件總正、總負極與車身之間存在電壓，且實際電壓之和就是總電壓。

2)無論絕緣電阻是大還是小，采用單表法測量時干擾大，測量值與實際值差別大; 采用雙表法測量時干擾小，測量值與實際值差別小。因此，在測純電動車高壓部件與車身電壓時應采用雙表法測量。
 
 
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