隨著近幾年新能源汽車的快速發(fā)展，關(guān)于新能源的安全評(píng)價(jià)也被廣泛關(guān)注，而絕緣電阻測(cè)試是衡量電動(dòng)汽車充電安全的重要指標(biāo)，是國內(nèi)新能源汽車法規(guī)中強(qiáng)制性檢測(cè)內(nèi)容。

針對(duì)現(xiàn)有對(duì)絕緣電阻測(cè)試的研究都是從理論上分析，難以從數(shù)據(jù)中直觀地看到計(jì)算方法的差異性和影響因素，而設(shè)計(jì)測(cè)試計(jì)算界面不考慮計(jì)算方法的誤差，會(huì)造成最終計(jì)算結(jié)果的不準(zhǔn)確。本文提出基于Simscape建立仿真模型，分析絕緣電阻測(cè)試和計(jì)算方法的準(zhǔn)確性，最后用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真分析的準(zhǔn)確性，為絕緣電阻測(cè)試提供參考。

1 絕緣電阻測(cè)試原理及仿真分析

1.1 絕緣電阻測(cè)試原理

標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18384中給出了絕緣電阻的測(cè)試原理，首先分別測(cè)量REESS的兩端與電平臺(tái)之間的電壓，電壓較高的一端定義為U1，電壓較低的一端定義為U1’，原理圖如圖1（a）所示，相應(yīng)的兩個(gè)絕緣電阻分別定義為Ri1和Ri2；然后在Ri1上并聯(lián)一個(gè)電阻R0，再一次測(cè)量兩端電壓，分別為U2和U2’，原理圖如圖1（b）所示。

圖1 絕緣電阻的測(cè)量

利用歐姆定律求解圖1，可得到表達(dá)式：


結(jié)合式（1）和（2），求得絕緣電阻Ri2的計(jì)算公式（3）：



又可求得絕緣電阻Ri2的計(jì)算公式（4）：



1.2 單電壓表測(cè)試法

絕緣電阻的測(cè)試方法有單表法和雙表法，單表法是用一個(gè)萬用表分別測(cè)試試驗(yàn)所需的電壓值。為了模擬真實(shí)測(cè)量和計(jì)算絕緣電阻的過程，采用Simscape建立仿真模型，限于篇幅，此處僅給出U1的測(cè)試仿真模型如圖2所示，仿真參數(shù)如表1所示。為了仿真能體現(xiàn)實(shí)際絕緣電阻較多值，Ri1在10 S內(nèi)線性的從0.2 MΩ上升到20 MΩ，Ri2在10 S內(nèi)線性的從0.1 MΩ上升到10 MΩ。

表1 仿真參數(shù)


運(yùn)行仿真模型，將得到的各電壓值用于計(jì)算絕緣電阻Ri2，按照公式（3）和公式（4）分別計(jì)算的結(jié)果和仿真給的Ri2作對(duì)比，得到的結(jié)果如圖3所示。

從圖3中可知，當(dāng)Ri1和 Ri2較少時(shí)，公式（3）計(jì)算值是準(zhǔn)確的，隨著Ri1和Ri2越大，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度越低，而公式（4）計(jì)算所有結(jié)果都偏差較大。為了分析原因，將U1和U1’的值進(jìn)行分析，見圖 4所示，可知這兩個(gè)值隨著電阻值的增大，兩個(gè)電壓值的比值已經(jīng)不是 2，且兩個(gè)值相加和總電壓UREESS相差較大。這是由于當(dāng)電阻Ri1和Ri2值逐漸增大時(shí)，電壓表的內(nèi)阻值不可忽略，所以計(jì)算不準(zhǔn)確，需要把電壓表內(nèi)阻對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響去掉。


圖2 單表法仿真模型


圖3 單表法絕緣電阻值對(duì)比圖


圖4 單表法U1和U1’值

1.3 雙電壓表測(cè)試法

為了在絕緣電阻值較大時(shí)消除電壓表內(nèi)阻的影響，利用雙標(biāo)法進(jìn)行測(cè)試。雙表法是利用兩個(gè)電壓表同時(shí)并聯(lián)電路中，同時(shí)測(cè)得U1和U1’值，然后在Ri1上并聯(lián)電阻R0，再一次同時(shí)測(cè)量兩端電壓U2和U2’。利用Simscape建立仿真模型，限于篇幅，此處僅給出U2和U2’值的測(cè)試仿真模型如圖5所示，其中仿真參數(shù)用表1中參數(shù)。


圖5 雙表法仿真模型

按照絕緣電阻的計(jì)算公式一和公式二進(jìn)行計(jì)算都是沒有考慮電壓表內(nèi)阻的因素，所以按照?qǐng)D5仿真結(jié)果進(jìn)行仿真時(shí)，需要去掉電壓表內(nèi)阻的影響。并聯(lián)電阻的計(jì)算公式見下式：


先由圖5仿真模型并結(jié)合式（4）計(jì)算R，再結(jié)合式（5）計(jì)算得到Ri2，雙表法計(jì)算絕緣電阻和實(shí)際值進(jìn)行比較如圖6所示。計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值是無誤差的，證明雙表法計(jì)算絕緣電阻的準(zhǔn)確性。其中將 U1和 U1’的值進(jìn)行分析，見圖 7所示，兩者之和一直等于總電壓 UREESS，也能說明電壓的準(zhǔn)確性。


圖6 雙表法絕緣電阻值對(duì)比圖

圖7 雙表法U1和U1’值

2 測(cè)試方法試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證雙表法計(jì)算絕緣電阻的準(zhǔn)確性，用某國產(chǎn)電動(dòng)客車先在重慶機(jī)動(dòng)車強(qiáng)檢試驗(yàn)場進(jìn)行涉水試驗(yàn)，車輛在 30 cm水深的水池中，以5 km/h的速度行駛5 min，完成涉水試驗(yàn)后進(jìn)行絕緣電阻的檢測(cè)和計(jì)算，測(cè)試試驗(yàn)如圖8所示。

測(cè)試車輛的總電壓參數(shù)值為UREESS為451 V，并聯(lián)的電阻R0為0.1 MΩ，電壓表內(nèi)阻為10.9 MΩ，利用單表法和雙表法進(jìn)行計(jì)算結(jié)果如表2所示。由表可知，單表法U1和U1’之和不等于總電壓，會(huì)造成絕緣電阻的計(jì)算誤差，而雙表法測(cè)得的電壓是準(zhǔn)確的，和仿真是一致的。


圖8 測(cè)試試驗(yàn)

表2 試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果


3 結(jié)論

本文分析電動(dòng)汽車絕緣電阻的測(cè)試方法，針對(duì)單表法和雙表法計(jì)算絕緣電阻進(jìn)行了公式推導(dǎo)，基于Simscape建立了兩種方法的仿真模型。分析仿真結(jié)果，可知單表法受到電壓表內(nèi)阻的影響，而雙表法能準(zhǔn)確計(jì)算絕緣電阻值，最后用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。