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純電動(dòng)車高壓部件對(duì)車身電壓?jiǎn)栴}剖析
2020-06-06 01:03:14· 來(lái)源：《純電動(dòng)車高壓部件對(duì)車身電壓?jiǎn)栴}剖析》
電動(dòng)汽車盡管已普及，但用車單位對(duì)電源高壓?jiǎn)栴}卻存在許多困惑。如用萬(wàn)用表測(cè)量高壓部件與車身之間的電壓的方法來(lái)判斷高壓部件的絕緣情況，發(fā)現(xiàn)高壓部件對(duì)車身電
電動(dòng)汽車盡管已普及，但用車單位對(duì)電源高壓?jiǎn)栴}卻存在許多困惑。如用萬(wàn)用表測(cè)量高壓部件與車身之間的電壓的方法來(lái)判斷高壓部件的絕緣情況，發(fā)現(xiàn)高壓部件對(duì)車身電壓一般有一百多伏甚至有幾百伏，且正、負(fù)極對(duì)地電壓之和又小于電池總電壓，又測(cè)得正極壓降與負(fù)極壓降之和總小于總電壓。這個(gè)問題使很多從事純電動(dòng)車維修的人員困惑，本文就來(lái)剖析這個(gè)疑惑。
1 純電動(dòng)車高壓部件對(duì)車身電壓的分析
1.1 純電動(dòng)車高壓部件概述及絕緣性要求
純電動(dòng)車高壓部件主要包括鋰動(dòng)力電池、BMS高壓柜、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、高壓控制柜、DC /DC、DC /AC、打氣泵、轉(zhuǎn)向泵、空調(diào)、暖風(fēng)、除霜器以及高壓線等。概括起來(lái)就是1 個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)加4 個(gè)輔助系統(tǒng)。
純電動(dòng)車高壓部件正、負(fù)極與車身之間都應(yīng)處于絕緣狀態(tài)，絕緣值應(yīng)符合GB /T 18384. 3—2015 中大于500 Ω/V 的要求。商用純電動(dòng)車電壓一般不超過(guò)700 V，一般企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)用絕緣檢測(cè)儀檢測(cè)到絕緣值低于0. 5 MΩ 時(shí)就報(bào)警，高于國(guó)標(biāo)要求。但實(shí)際絕緣值要高于此標(biāo)準(zhǔn)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)向泵電機(jī)、打氣泵電機(jī)三相線的絕緣值一般都大于500 MΩ，風(fēng)冷鋰電池、空調(diào)、除霜器、暖風(fēng)高壓的絕緣值大于200MΩ，驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(qū)動(dòng)電機(jī)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(dòng)車高壓部件對(duì)車身電壓的理論分析
純電動(dòng)車高壓部件總正、總負(fù)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(dòng)車總負(fù)載; 虛框?yàn)橛萌f(wàn)用表測(cè)電壓狀態(tài)) 。其中U= 700 V( 電池總電壓) ; Ｒ2、Ｒ3各≈5 MΩ( 正、負(fù)高壓線對(duì)車身絕緣電阻) 。
根據(jù)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(dòng)車上，高壓部件正極、負(fù)極理論上對(duì)車就有電壓存在，而且正、負(fù)極壓降之和為電池總電壓。即高壓部分正、負(fù)極對(duì)車身存在高電壓屬正常現(xiàn)象，電壓大小與總正、總負(fù)極相應(yīng)絕緣電阻之比有關(guān)。但用萬(wàn)用表實(shí)際測(cè)量時(shí)，總正、總負(fù)極電壓之和與電池總電壓不一樣，這是因?yàn)橛萌f(wàn)用表測(cè)量時(shí)存在干擾。
2 萬(wàn)用表測(cè)電壓的干擾
2.1 萬(wàn)用表測(cè)電壓原理
用萬(wàn)用表測(cè)量電壓時(shí)，其內(nèi)部接線原理如圖2 所示。在萬(wàn)用表內(nèi)串有一個(gè)電阻Ｒg，相當(dāng)于在萬(wàn)用表表針放置的被測(cè)兩點(diǎn)間串聯(lián)了一個(gè)電阻Ｒg，而且Ｒg隨電壓擋位不同電阻值也不同。當(dāng)測(cè)量電壓在200 mV 以下時(shí)，不串聯(lián)電阻; 當(dāng)測(cè)量電壓在200 mV ～2 V 擋，串聯(lián)9 kΩ 電阻; 當(dāng)測(cè)量電壓在2 ～ 20 V 擋，串聯(lián)99 kΩ 電阻; 當(dāng)測(cè)量電壓在20 ～ 200 V 擋，串聯(lián)1 MΩ電阻; 當(dāng)測(cè)量電壓在200 ～ 2 000 V 時(shí)，串聯(lián)10MΩ 電阻。
很明顯，在用萬(wàn)用表測(cè)量高壓部件對(duì)車身電壓時(shí)，萬(wàn)用表內(nèi)接電阻存在很大干擾。
2. 2 萬(wàn)用表干擾情況分析
2. 2. 1 單萬(wàn)用表測(cè)量干擾情況
當(dāng)用一只萬(wàn)用表接在圖1 的A 點(diǎn)( 正極) 與車身之間測(cè)量電壓時(shí)，根據(jù)電阻并聯(lián)原理，正極有效電阻Ｒ效為( 對(duì)應(yīng)于測(cè)量電壓的一般數(shù)據(jù)，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(wàn)用表接在圖1 的B 點(diǎn)( 負(fù)極) 與車身之間測(cè)量電壓時(shí)，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(wàn)用表測(cè)量電壓時(shí)，在萬(wàn)用表內(nèi)阻干擾下，總正、負(fù)極測(cè)量值之和比總電壓小，但不是實(shí)際電壓，實(shí)際電壓之和應(yīng)為電池總電壓。
2.2. 2 雙萬(wàn)用表測(cè)量干擾情況
如用兩個(gè)一樣的萬(wàn)用表在圖1 的A 點(diǎn)( 正極) 與車身間、B 點(diǎn)( 負(fù)極) 與車身間同時(shí)進(jìn)行電壓測(cè)量，則有:
可見，采用雙萬(wàn)用表可消除萬(wàn)用表干擾，正、負(fù)極壓降之和等于總電壓，且為實(shí)際壓降。
2.3 風(fēng)冷鋰電池對(duì)車身電壓測(cè)量
1)單萬(wàn)用表測(cè)量。風(fēng)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(wàn)用表測(cè)量電池對(duì)車身電壓時(shí)，若U= 700 V，Ｒ2 =Ｒ3都取200 MΩ，Ｒg = 10 MΩ，則用上述方法算得:
所以，當(dāng)絕緣電阻比萬(wàn)用表內(nèi)阻Ｒg大得多時(shí)，萬(wàn)用表上顯示電壓會(huì)很小，當(dāng)正、負(fù)絕緣電阻趨近于∞，萬(wàn)用表顯示電壓趨近于0，但并非實(shí)際電壓。無(wú)論絕緣電阻有多大，高壓部分總正、總負(fù)實(shí)際壓降之和應(yīng)為電池總電壓。
2)雙萬(wàn)用表測(cè)量。如果用兩個(gè)一樣的萬(wàn)用表在風(fēng)冷鋰電池正、負(fù)極同時(shí)測(cè)上述電池對(duì)車身電壓，同樣可得:
可見，在絕緣電阻很大的情況下，采用雙萬(wàn)用表仍可消除萬(wàn)用表干擾，總正、總負(fù)極壓降之和等于總電壓，且為實(shí)際壓降。
3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
按實(shí)車配置制作了一個(gè)純電動(dòng)車高壓模型，并采用單、雙表法對(duì)高壓部件、鋰電池與車身間電壓進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)證。
3.1 檢測(cè)高壓部件
1)單表法測(cè)量。采用單表法測(cè)量整車正、負(fù)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(fù)極絕緣電阻Ｒ3 = 4. 3 MΩ，同上理論計(jì)算得:
實(shí)際測(cè)量值見表1。
此時(shí)U總測(cè)= U正測(cè)+ U負(fù)測(cè)= 273. 9 V+ 220. 3 V =494. 2 V＜611 V，與理論分析相符。
2)雙表法測(cè)量。雙表測(cè)量的條件及有關(guān)參數(shù)與上述單表測(cè)量相同，同樣理論計(jì)算可得:
實(shí)際測(cè)量值見表2。
此時(shí)U總測(cè)= U正測(cè)+ U負(fù)測(cè)= 331. 5 V + 279. 3 V =610. 8 V≈611 V，與理論分析相符。
3.2 檢測(cè)鋰電池
1)單表法測(cè)量。將鋰電池連接BMS 的高壓線拆除，采用單表法分別測(cè)量鋰電池正、負(fù)極對(duì)車身電壓。檢測(cè)條件: 鋰電池電壓U= 611 V，鋰電池正極絕緣電阻Ｒ2 = 320 MΩ，負(fù)極絕緣電阻Ｒ3 = 410 MΩ。用上述方式理論計(jì)算可得
實(shí)際測(cè)量值見表3。
此時(shí)U總測(cè)= U正測(cè)+ U負(fù)測(cè)= 14. 05 V+ 14. 26 V =28. 31 V＜611 V，與理論分析相符。
當(dāng)絕緣電阻與萬(wàn)用表內(nèi)串電阻差別比較大時(shí)，用單表法所測(cè)電壓就比較小，與理論分析相符。
2)雙表法測(cè)量。雙表測(cè)量的條件與單表法測(cè)量相同，同樣方法理論計(jì)算可得:
實(shí)際測(cè)量結(jié)果見表4。
此時(shí)U總測(cè)= U正測(cè)+ U負(fù)測(cè)= 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(wàn)用表內(nèi)串電阻差別比較大，用雙表法所測(cè)電壓一樣也比較大，也與理論分析相符。
4 結(jié)論
1)對(duì)于絕緣電阻符合要求的純電動(dòng)汽車，高壓部件總正、總負(fù)極與車身之間存在電壓，且實(shí)際電壓之和就是總電壓。
2)無(wú)論絕緣電阻是大還是小，采用單表法測(cè)量時(shí)干擾大，測(cè)量值與實(shí)際值差別大; 采用雙表法測(cè)量時(shí)干擾小，測(cè)量值與實(shí)際值差別小。因此，在測(cè)純電動(dòng)車高壓部件與車身電壓時(shí)應(yīng)采用雙表法測(cè)量。
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