秦振海,趙雷雷,王曉鵬,楊國樑
(1.陜西汽車控股集團(tuán)有限公司,陜西 西安 710005;2.中汽研(天津)汽車工程研究院有限公司,天津 300300)
整車絕緣電阻的性能參數(shù)是新能源汽車高壓安全中間接防護(hù)的重要指標(biāo),其性能的優(yōu)劣程度影響到車輛的高壓電用電安全,直接危及到駕乘人員的人身安全。因此,其作為新能源汽車電氣性能重要控制項(xiàng)目。
根據(jù)GB/T 18384—2020《電動(dòng)汽車安全要求》中的絕緣電阻要求:在最大工作電壓下,直流電路絕緣電阻應(yīng)不小于100Ω/V,交流電路應(yīng)不小于500Ω/V,如果直流和交流的B級(jí)電壓電路可導(dǎo)電地連接在一起,其絕緣電阻應(yīng)不小于500Ω/V。
為了保證測量值與整車實(shí)際絕緣電阻比較接近,避免因測試過程及測試設(shè)備(儀器)帶來的誤差,對(duì)具體測試提出一定的要求。
1)電壓檢測工具的內(nèi)阻不小于10MΩ。
2)選用相同的兩個(gè)電壓檢測工具。
3)測量REESS的兩個(gè)端子和電平臺(tái)之間的電壓必須同時(shí)接入電路。
4)添加已知電阻R的阻值宜選擇1MΩ。
根據(jù)新能源汽車高壓電路的組成包括電源和電氣負(fù)載,可將整車絕緣電阻測試方法分為兩類。一類是將整車中電源和電氣負(fù)載(處于激活狀態(tài))作為整體通路,在回路中接入兩個(gè)相同的測試設(shè)備,根據(jù)對(duì)應(yīng)的測試方法得到相應(yīng)的測試數(shù)據(jù)直接代入絕緣電阻計(jì)算公式即為整車絕緣電阻值;另一類是將整車中電源與電氣負(fù)載(傳導(dǎo)連接)視為開路,根據(jù)對(duì)應(yīng)的測試方法得到相應(yīng)的測試數(shù)據(jù)代入絕緣電阻計(jì)算公式分別得到電源與電氣負(fù)載的絕緣電阻值,再根據(jù)并聯(lián)關(guān)系間接計(jì)算出的電阻值即為整車絕緣電阻值。
標(biāo)準(zhǔn)GB 18384—2020(最新版本)中給出了整車絕緣電阻的測試原理和新的測試方法,考慮到電壓檢測工具的內(nèi)阻對(duì)測試的影響,為使測量值更加貼近實(shí)際值,首先選用相同的測試工具同時(shí)測量REESS的兩個(gè)端子與電平臺(tái)之間的電壓,電壓較高的一端定義為U,電壓較低的一端定義為U′,即U>U′,原理如圖1所示,相應(yīng)的兩個(gè)絕緣電阻分別定義為R和R,因此有R>R,然后再添加一個(gè)已知電阻R,并聯(lián)在REESS的U側(cè)端子與電平臺(tái)之間,再一次測量兩端電壓,分別為U和U′,原理如圖2所示。
圖1 絕緣電阻測試原理圖
圖2 絕緣電阻測試原理圖(添加R0電阻)
根據(jù)歐姆定律電流相等求解圖1,可得表達(dá)式為:
根據(jù)歐姆定律電流相等求解圖2,可得表達(dá)式為:
代入式(1)得:
因R>R,所以R為整車絕緣電阻值,將式(4)代入式(2)消去R,得:
變形,可得:
即:
將式(3)代入式(5)從而得:
基于整車絕緣電阻對(duì)直流電路絕緣電阻應(yīng)不小于100Ω/V,交流電路應(yīng)不小于500Ω/V的要求,具有相同的安全防護(hù)性,對(duì)應(yīng)的漏電流為直流10mA,交流2mA,才不至于造成對(duì)人體的傷害。
以B級(jí)直流電壓為例,最高電壓為1500V,漏電和安全分界點(diǎn)電流i=10mA,理論上對(duì)應(yīng)的絕緣電阻R=1.5×10Ω,因?qū)嶋H測試中由于測試工具并入回路中導(dǎo)致實(shí)測值比理論值變大。具體分析如下。
根據(jù)圖3所示,由歐姆定律可得絕緣電阻的理論值R表達(dá)式為:
圖3 絕緣電阻理論值Ri
且i=i'=i+i,變形可得:i=i-i。根據(jù)圖4所示,由歐姆定律可得絕緣電阻的實(shí)測值R'表達(dá)式為:
圖4 絕緣電阻實(shí)際測試值R′i
將i=i-i代入式(8)可得:
通過對(duì)式(9)觀察分析,只有當(dāng)電壓檢測工具的內(nèi)阻r大于臨界絕緣電阻R=1.5×10Ω的一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí),才能忽略電壓檢測工具的內(nèi)阻r帶來的誤差,此時(shí)R≈R'才成立,即r≧1.0×10Ω。
GB 18384—2020中計(jì)算絕緣電阻的公式為:
新版GB 18384對(duì)絕緣電阻測試方法的優(yōu)化改進(jìn),對(duì)測試輔助工具提出具體要求,減少了外界因素對(duì)測量結(jié)果的影響,大大提高了絕緣電阻測試精度。