新版GB 18384 對(duì)整車絕緣電阻性能要求與測試方法改進(jìn)的探討

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）

1 前言

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。

2 絕緣電阻性能要求

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。

3 整車絕緣電阻測試方法

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。

3.1 整車絕緣電阻測試要求

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。

3.2 整車絕緣電阻測試方法的分類

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。

3.3 整車絕緣電阻公式的推導(dǎo)

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：

3.4 電壓檢測工具內(nèi)阻對(duì)整車絕緣電阻測試的影響分析

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。

4 測試方法改進(jìn)

4.1 考慮電壓測試工具內(nèi)阻r的影響因素

GB 18384—2020中計(jì)算絕緣電阻的公式為：

4.2 測試方法——雙表筆法

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。