高压绝缘监测技术-电动汽车应用

（1）电气绝缘监测的一般方法

对于封闭回路的高压直流电气系统，其绝缘性能通常用电气系统中电源对地漏电流的大小来表征。现在普遍使用两种漏电流检测方法：辅助电源法和电流传感法。

①辅助电源法。在我国某些电力机车采用的漏电检测器中，使用一个直流110V的检测用辅助蓄电池，蓄电池正极与待测高压直流电源的负极相连，蓄电池的负极与车辆机壳实现一点连接。在待测系统绝缘性能良好的情况下，蓄电池没有电流回路，漏电流为零；在电源线缆绝缘层老化或者环境潮湿等情况下，蓄电池通过电源线缆绝缘层形成闭合回路、产生漏电流，检测器根据漏电流的大小进行报警，并关断待测系统电源。这种检测方法不仅需要直流110V电源，增加了系统结构的复杂度，而且这种检测方法难以区分绝缘故障源是来自电源正极引线电缆还是负极引线电缆。

②电流传感法。采用霍尔式电流传感器是对高压直流系统进行漏电流检测的另一种方法。将待测系统中电源的正极和负极一起同方向穿过电流传感器，当没有漏电流时，从电源正极流出的电流等于返回到电源负极的电流，因此穿过电流传感器的总电流为零，电流传感器的输出电压为零；当发生漏电现象时，电流传感器输出电流不为零。根据电压的正负可以进一步判断产生漏电流的来源是来自电源正极引线电缆还是电源负极引线电缆。但是，应用此方法的前提是待测电源必须处于工作状态。

在目前的电动汽车产品研发中，采用母线电压在“直流正极母线-底盘”和“直流负极母线-底盘”之间分压来表征直流母线相对于车辆底盘的绝缘程度。但是，这种电压分压法只能表征直流正、负母线对底盘的相对绝缘程度，无法判断直流正、负母线对底盘绝缘性能同步降低的情况。

（2）电动汽车电气绝缘性能的描述

电动汽车的电气设备直接安装在车辆底盘上，每个电气设备都有独立的电流回路，与底盘没有直接的电气连接。整个高压系统是与底盘绝缘、封闭的电气系统。

绝缘体是相对导体而言的，在直流电源系统中，定量描述一种介质绝缘性能和导电性能的物理量是电阻。导体的电阻小，绝缘体的电阻大，绝缘体电阻的大小表征了介质的绝缘性能。电阻越大，绝缘性能越好，反之亦然，称该电阻为绝缘电阻。在电动汽车的高压电气系统中，分别利用电源的正极引线电缆和负极引线电缆对底盘的绝缘电阻，来反映电气系统的绝缘性能。

（3）绝缘电阻检测原理

为了监测上述绝缘电阻，直接将车载高压电源作为监测电源。电源正极、负极和车辆底盘之间建立了桥式阻抗网络，如图5-20所示。其中，A点与电源正极相连，B点与电源负极相连，O点与车辆底盘相连。U_o为高压电源的输出电压，R₁、R₂分别为高压电源正极、负极引线对底盘的绝缘电阻，R为限流电阻，取R=51kΩ。VT₁、VT₂为电子控制开关，通过控制电子开关的导通与关断，改变了AB两点之间的等效电阻和电源的输出电流I，根据U_o、I和等效电阻计算出R₁和R₂。

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图5-20 桥式阻抗网络

相对于电压U_o而言，开关的导通电压很小，可以忽略不计。电动汽车在运行过程中，电压U_o不是恒定不变的，其读数需要和电流同时采集。当VT₁导通、VT₂关断时，桥式阻抗网络等效形式为R₁与R并联后与R₂串联，这时，电源电压为U_o1，电流为I₁：

当VT₂导通、VT₁关断时，桥式阻抗网络等效形式为R₂与R并联后与R₁串联，这时，电源电压为U_o2，电流为I₂：

当高压电源正极、负极引线对底盘的绝缘性能良好，满足R₁、R₂的电阻值都大于10kΩ时，可以作如下近似处理：

综合上述四个表达式，得到

如果VT₁、VT₂同时关断时，电流I大于2mA，说明绝缘电阻R₁、R₂的电阻值之和小于150kΩ，电源的正极、负极引线电缆对底盘的绝缘性能不好，检测系统不再单独检测R₁、R₂，立即发出报警信号。