绝缘电阻指的是高压系统对车体的电阻大小,代表着高压零部件绝缘性能的优劣。 高压零部件在生产设计时均会与车体进行绝缘隔离,但由于汽车使用环境比较复杂,存在高温、高湿、腐蚀、振动、磕碰等因素影响,导致高压零部件绝缘性能下降甚至失效,导致车体带电,严重时会出现高压正负极短路,引发车辆故障、人员伤害,甚至车辆起火等安全事故。为避免以上风险,需要实时检测高压系统绝缘电阻变化,发现异常时及时切断高压系统,并通知驾驶员车辆故障状态。 在GB 18384-2020《电动汽车安全要求》中对电动汽车绝缘电阻性能和绝缘电阻检测功能也有明确要求。 常用的绝缘电阻检测方法有不平衡电桥法和低频信号注入法。 【不平衡电桥法】: 不平衡电桥法属于无源监测。通过MOS管开关主动控制并入已知阻值的偏置电阻实现电压的偏移变化,然后检测变化后的电压,计算得到绝缘电阻值。下图为不平衡电桥法进行绝缘电阻检测的原理图(除R 、R-外,其他电阻均为已知阻值的电阻,R1、R2为偏置电阻) 正负极电阻计算方法: 如何提高不平衡电桥法绝缘电阻检测精度? (1)选用精度高、温度偏移小、阻值合适的偏置电阻。检测精度与偏置电阻和待测电阻的比值有直接关系,当偏置电阻远小于绝缘电阻时,检测误差最小,但是过低的偏置电阻会导致整车高压系统绝缘电阻显著降低,带来额外失效风险,因此偏置电阻的大小一般选择在MΩ级别。 (2)提高电压检测精度。可以通过增加滤波电路,采用高分辨率AD电路等在电路方面进行提升。另外可以通过合理设计分压电路,使得被测电压数值越大,电压的误差就越小。 (3)优化软件算法,确保检测电压稳定。由于高压回路中存在电容,接入偏置电阻后,检测电 压需要较长的时间才能达到新的稳定值,若检查电压未稳定时进行绝缘电阻计算,会产生较大误差。可以在软件中增加时间滤波、电压比对等方法,确保检查电压稳定后再进行绝缘电阻计算。 【低频信号注入法】: 低频信号注入法属于有源监测。通过向高压系统中注入一个已知的低频交流信号,幅值一般在十几伏到几十伏。根据测量信号的踪迹,获得高压系统与车体直接的绝缘电阻阻值。 如下工作原理示意图所示,低频信号源产生一个正负对称的方波信号,通过L /L-和KE/E端子构成测量回路,对测量回路中的电阻Rm两端的电压进行采样、运算,可以得出绝缘电阻的大小;通过采集高压回路A、B两端电压Un,计算得出高压系统电压值,计算得出绝缘电阻。 如下图所示搭建绝缘检测原理模型,其中,Up、Un 分别为高压直流母线的正极电压和负极电压,R ,R-分别为高压直流母线对车体的绝缘电阻;R1,R2,R3为测试回路用电阻,用于对绝缘电阻的测量; Ui为正负交变的直流电压信号,是测试回路的激励源。 【不平衡电桥法和低频信号注入法对比】:
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