新能源電動(dòng)汽車是現(xiàn)代社會(huì)的重要交通工具，而高壓動(dòng)力電池系統(tǒng)是新能源電動(dòng)汽車的三電系統(tǒng)之一，為電動(dòng)汽車提供電能的吸收、存儲(chǔ)和供應(yīng)。我國(guó)新能源汽車高速發(fā)展，其中電動(dòng)汽車（鋰電）發(fā)展更是迅猛，市場(chǎng)高速增長(zhǎng)，幾年來，我國(guó)電動(dòng)汽車已經(jīng)可以占到世界市場(chǎng)份額的50%。

隨著“碳中和”和“碳達(dá)峰”任務(wù)目標(biāo)的提出,新型儲(chǔ)能更是發(fā)展前景廣闊的萬億級(jí)新興產(chǎn)業(yè)，其中鋰電池儲(chǔ)能是最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)方向，也是驅(qū)動(dòng)能源革命的重要力量。鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用范圍和場(chǎng)景廣，具有能量密度大、自放電小、無記憶效應(yīng)、工作溫度范圍寬，以及可快速充放電、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境污染小和不受地形等自然條件限制等優(yōu)點(diǎn)，是目前儲(chǔ)能產(chǎn)品開發(fā)中適應(yīng)性最好的技術(shù)路線，可以勝任各種復(fù)雜的場(chǎng)景，在發(fā)電側(cè)、用戶側(cè)、電網(wǎng)側(cè)等主要儲(chǔ)能領(lǐng)域均有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

但是，隨著高壓電池系統(tǒng)在汽車和高壓儲(chǔ)能系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，也帶來了一系列的問題日益突出，尤其是電池系統(tǒng)的安全問題。在高壓電池供電系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)載啟動(dòng)、運(yùn)行及停止的過程中都有可能發(fā)生各種安全問題，當(dāng)絕緣失效時(shí)會(huì)造成高壓對(duì)人體的直接傷害，并關(guān)系到人員生命，因此絕緣電阻的檢測(cè)是至關(guān)重要的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，為保證高壓電池系統(tǒng)的安全運(yùn)行，需要對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行全面的安全管理。通過BMS電池管理系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)汽車高壓動(dòng)力電池系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)絕緣監(jiān)測(cè)，達(dá)到保護(hù)動(dòng)力電池系統(tǒng)無故障運(yùn)行，從而保證人身設(shè)備安全。

為了避免事故發(fā)生，就要求經(jīng)常測(cè)量各種電器設(shè)備的絕緣電阻。判斷其絕緣程度是否滿足設(shè)備需要，普通電阻的測(cè)量通常有低電壓下測(cè)量和高電壓下測(cè)量?jī)煞N方式。而絕緣電阻由于一般數(shù)值較高（一般為兆歐級(jí)）。兆歐表是測(cè)量絕緣電阻最常用的測(cè)量?jī)x表。電動(dòng)汽車可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)絕緣性能的測(cè)量是一種對(duì)帶電體絕緣電阻的測(cè)量，測(cè)量動(dòng)力電池組電極兩端與殼體之間的絕緣電阻，區(qū)別于普通的無源測(cè)量。動(dòng)力電池組本身的電壓值可作為測(cè)量動(dòng)力電池對(duì)殼體的絕緣電阻的測(cè)量電壓，不需要外接電源，由于動(dòng)力電池組本身電壓值較低，在1000V 左右，無法測(cè)量極化沖擊電流等參數(shù)。

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC/TR260479-1，人體產(chǎn)生感覺的電流門限值為2mA。因此，在人體電阻與動(dòng)力電池組成的環(huán)路中，通過的電流不超過2mA，即汽車的最大泄漏電流不超過2mA才認(rèn)為其絕緣合格。在汽車行業(yè)中，泄漏電流定義為電池組某點(diǎn)與汽車電底盤之間的泄漏電流，為保證人們?cè)诔塑嚂r(shí)的人身安全，該電流應(yīng)不超過2mA。

對(duì)新能源汽車可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)絕緣性能的檢測(cè)是一種對(duì)帶電體絕緣性能檢測(cè)，通過測(cè)量可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)正負(fù)極對(duì)外殼的絕緣電阻數(shù)值大小來判斷絕緣性能，區(qū)別于傳統(tǒng)的無源檢測(cè)。無源測(cè)量需要一個(gè)可以提供直流電源的測(cè)量電路，有源測(cè)量為待測(cè)的動(dòng)力電池組正、負(fù)極對(duì)車體間的絕緣電阻。電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組屬于電動(dòng)汽車可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)（REESS），包括蓄電池、電容器，最大工作電壓是B級(jí)電壓，B級(jí)電壓電路即最大工作電壓大于30Va.c且小于1000Va.c，或大于60V 直流且小于或等于1500V 直流的電力組件或電路。

目前，對(duì)電池系統(tǒng)的絕緣電阻的檢測(cè)方法有兩種：一是采用信號(hào)注入法進(jìn)行測(cè)量，另外一種方法是采用外接電阻切換測(cè)量。信號(hào)注入的方法是指對(duì)電動(dòng)汽車的電池系統(tǒng)注入一定頻率的直流電壓信號(hào)，通過測(cè)量反饋的直流信號(hào)計(jì)算絕緣電阻，這種信號(hào)對(duì)整個(gè)電池系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生紋波干擾，影響系統(tǒng)的正常工作。而現(xiàn)有的外接電阻切換的絕緣電阻測(cè)量方法檢測(cè)精度較低，同時(shí)因長(zhǎng)時(shí)間接入測(cè)量電阻，所以降低了系統(tǒng)的絕緣性能，增加了電池功耗。

本文會(huì)介紹外接電阻切換測(cè)量中常用的不平衡電橋法測(cè)量絕緣電阻，其基本原理是在直流電源與接地外殼之間連入一系列電阻，通過控制開關(guān)或者繼電器切換接入阻值的大小，通過測(cè)量各個(gè)電阻上不同的電壓值，列寫方程組來計(jì)算電源正負(fù)極對(duì)地的絕緣電阻的大小。圖1-1 為不平衡橋檢測(cè)蓄電池電源正負(fù)極與地之間的絕緣情況的原理圖，圖中U 表示電池組總電壓，RP和RN分別表示電池組正負(fù)極與車體外殼之間絕緣電阻，在直流電源正負(fù)極端和車體之間接入電阻R1、R2、R、R’，U1、U2分別是直流電源在R和R’上的分壓大小，S為可控開關(guān)。

圖1-1 不平衡電橋絕緣電阻檢測(cè)原理

電子開關(guān)S 與電阻R1 并聯(lián)，通過控制開關(guān)S 的通斷來改變電源正負(fù)極在電阻R和R’上的分壓比。當(dāng)S 斷開，可得到方程式：     

 (1-1)

當(dāng)S 閉合時(shí)，得到方程式：

  (1-2)

式中：U1’ 和U2’ 分別是開關(guān)S 閉合時(shí)正負(fù)母線在電阻R和R’上的壓降。由式（1-1）和（1-2）便可求出RP和RN。

再簡(jiǎn)單介紹一下一種電壓注入式絕緣電阻檢測(cè)的原理，圖1-2為電壓注入式絕緣電阻檢測(cè)原理圖，其中左虛線框內(nèi)為絕緣檢測(cè)裝置，R0、R1 、R2 為已知阻值的電阻，且R1 = R2。

圖1-2 電壓注入式絕緣電阻檢測(cè)原理圖

信號(hào)源Us通過3個(gè)已知阻值的電阻向動(dòng)力電池的正、負(fù)母線和車輛底盤之間注入方波信號(hào)如圖1-3。

圖1-3 注入方波電壓信號(hào)

右虛線框?yàn)檎嚫邏合到y(tǒng)，其中動(dòng)力電池的總電壓為U，Rp 、Rn分別為直流側(cè)正、負(fù)母線與車輛底盤之間的等效絕緣電阻；Ra、Rb、Rc 為交流側(cè)的等效絕緣電阻。檢測(cè)的步驟如下：

1. 在注入的方波信號(hào)的幅值Us = 0 時(shí)，待測(cè)量電阻R1上的電壓穩(wěn)定，測(cè)量其上的電壓，記為U1。

2. 注入的方波信號(hào)的幅值Us = 15V 時(shí)，待測(cè)量電阻R1上的電壓穩(wěn)定，測(cè)量其上的電壓，記為U1’ 。

利用U1、U1’ 、Us 等數(shù)據(jù)推導(dǎo)計(jì)算整車的絕緣電阻。圖1-4是綜合客戶實(shí)際應(yīng)用提出了一種改進(jìn)的電壓注入式絕緣電阻檢測(cè)方案電路。

圖1-4 一種改進(jìn)的電壓注入式絕緣電阻檢測(cè)的原理圖

ADI公司推出了具有專為符合ISO26262系統(tǒng)功能安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的ADBMS295X系列，是一款適用于電動(dòng)車輛和混合動(dòng)力車輛以及其他隔離式電流檢測(cè)應(yīng)用的高精度電流、電壓、溫度、電量和電能表，亦可用于絕緣檢測(cè)。通過ADBMS295X進(jìn)行絕緣檢測(cè)如下圖1-5所示。

圖1-5

針對(duì)電動(dòng)汽車的絕緣電阻的測(cè)量方案也適用儲(chǔ)能電池系統(tǒng)。總之，在電池系統(tǒng)絕緣電阻的測(cè)量中，我們要做到，按照相關(guān)要求，按照相關(guān)步驟，對(duì)絕緣電阻進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢查工作對(duì)絕緣電阻故障采用的相關(guān)檢測(cè)電路進(jìn)行分析，并集成到BMS電池管理系統(tǒng)中，有效的保護(hù)電池過充、過放、過溫、過流、絕緣監(jiān)測(cè)等問題，提升單體電池成組后的安全、壽命、放電等性能，同時(shí)可避免長(zhǎng)時(shí)間、高倍率充放電狀況下導(dǎo)致的單體電池不平衡、溫度分布不均勻而產(chǎn)生的模塊間不平衡等問題，保護(hù)電池系統(tǒng)在全生命周期下安全、高效安使用。