动力蓄电池系统总成绝缘电阻测试分析.pdf

25Newenergy/新能源汽车电器2 0 2 3年第8 期动力蓄电池系统总成绝缘电阻测试分析秦燕康，管玉杰，杨秋霞，梁曼荣，胡慧婧（上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西新能源汽车实验室，广西汽车新四化重点实验室，广西柳州5450 0 7)【摘要】本试验室在对不同批次的动力蓄电池总成进行试验验证及ADV类的绝缘电阻测试过程中，以试验中呈现的各项数据及状态作为基础，对测试过程中的关键点做了分析与总结，希望对后来人有所启示。【关键词】动力蓄电池系统总成；绝缘电阻；分析与总结中图分类号：U469.72QIN Yan-kang,GUAN Yu-jie,YANG Qiu-xia,LIANG Mang-rong,HU Hui-jing(SAIC GM Wuling Automobile Co.,Ltd.,Guangxi Laboratory of New Energy Automobile,Guangxi Key Laboratory of Automobile Four New Features,Liuzhou 545007,China)【A b s t r a c t)In t h e p r o c e s s o f t e s t i n g a n d v e r i f y i n g p o w e r b a t t e r y a s s e m b l i e s f r o m d i f f e r e n t b a t c h e s a n dconducting insulation resistance tests on ADV types,this laboratory analyzed and summarized the key points duringthe testing process based on the various data and states presented in the experiment,hoping to provide inspirationfor future generations.Key words power battery system;insulation resistance;analysis and summary作者简介秦燕康（19 9 1一），男，研究方向为新能源汽车整车及零部件测试。随着新能源汽车的发展，动力蓄电池系统总成作为新能源汽车最重要的零部件之一，也在不断地升级迭代。动力蓄电池系统总成的安全问题成为生产者、运输者及消费者尤为关注的焦点，各方面都在持续性地投入资金及精力确保其安全性。试验室在保证其安全性的过程中起到了一个裁判员的作用，在试验后通过数据和现场状态的分析判断，得出安全测试的结果，而其中作为动力蓄电池系统总成安全测试之一的绝缘电阻测试是一个关键指标，将在本文中进行分析与归纳。本试验室从产品开发测试、品质抽检、售后验证的不同渠道接收到不同批次、不同厂家及不同型号的动力蓄电池系统总成，经过多次测试获得充足的数据。本文将从动力蓄电池系统总成绝缘电阻试验的全过程出发，以试验中呈现的各项数据及状态作为基础，通过现象来分析及总结试验情况。1试验方法及要求动力蓄电池系统总成绝缘电阻试验方法依据的是GB38031一2 0 2 0 电动汽车用动力蓄电池安全要求及GB18384一2 0 2 0 电动汽车安全要求，通过仔细研读标准及测试人员在现场的实际操作步骤，再结合与各第三方试验机构学习交流的经验，总结出动力蓄电池系统绝缘电阻的试收稿日期：2 0 2 2-12-0 8文献标志码：A文章编号：10 0 3-8 6 39（2 0 2 3）0 8-0 0 2 5-0 3Insulation Resistance Test Analysis of Power Battery System的绝缘监控及开闭其内部继电器。4）试验结果要求：绝缘电阻不小于10 0 Q/V，即得到的绝缘电阻值除以电池包额定电压的值大于等于10 0 Q/V。测试人员在对蓄电池系统总成绝缘电阻测试研读标准后进行探讨及试验步骤的编排，并在试验后编制了试验的实施细则，将测试成果做了进一步的巩固，下面将详细展验方法，其试验方法简称分为两表法和直接测量法。试验的关键事项如下所述。1）试验安全事项：结合多次试验经验，以及现在动力蓄电池系统总成电压平台升高的趋势，除了正常穿戴劳保用品外，还有如下注意事项：在从库房运送动力蓄电池系统总成过程中，叉车运输人员应注意平稳运输，不宜有剧烈晃动；测试人员在试验前应注意检查其外表有无损坏，尤其需关注其线束插接口处有无损坏，插针是否齐全等；操作人员应在全过程佩戴绝缘手套，不可疏忽及存在侥幸心理；试验完成后需验电，如仍有带电需放电后再将样件放回库房，以免后续人员接触导致触电。2）试验环境要求：GB183842020电动汽车安全要求对环境没有明确要求，而GB380312020电动汽车用动力蓄电池安全要求中对温湿度做出了明确规定，从试验的严谨性而言，以环境温度范围17 2 7、环境湿度范围15%9 0%R.H为准。3）试验仪器设备：根据上述两种测量动力蓄电池系统总成绝缘电阻的方法，两表法需要内阻r不小于10 MQ的电压检测工具2 台，即测试中常用的万用表（1MQ定值电阻RO）1只；直接测量法需要绝缘电阻测量仪器1台。另外，需要1台电脑和1个CAN盒，用于开启和关闭动力蓄电池系统总成新能源/Newenergy26AutoelectricpartsNo.08,2023开对两表法和直接测量法测量动力蓄电池系统总成绝缘电阻过程的分享。详细的内容分为测量过程、安全注意事项及测试的分析与总结。1.1两表法测量绝缘电阻根据试验室对锂离子电池的安全要求，进行测试时应把动力蓄电池系统总成置于有消防设施的装置中，因此本试验室做该测试时将样件放置在防爆箱中，温湿度控制在上述温湿度范围，操作人员穿戴相应防护用具将样件的输出正负极线束及低压信号线束从防爆箱中引出来作为试验准备，验电，无误后开始接线。两表法测量动力蓄电池系统总成绝缘电阻接线示意如图1所示。使用1台电压检测工具连接样件的正极线和搭铁线，打到直流电压挡，挡位根据样件额定电压选择，量程应不小于样件额定电压的一半；另外1台电压检测工具连接样件的负极线和搭铁线，量程应不小于样件额定电压的一半。低压信号线连接CAN盒和电脑，此时接线人员接线工作结束，全部人员离开此区域。另外1位操作人员开启电脑，登录上位机软件，关闭该样件的绝缘监控并闭合内部继电器。待2个表读数稳定后，记录所得电压数据，同时记录此时的温度值及湿度值，需备注的是电压较高的为U，较低的为U。记录完数据后，在上位机软件上重新开启绝缘监控并开启继电器，操作人员将1MQ的定值电阻并联在测得U,的两线束之间，并将2 个电压检测工具的直流电压打到量程不低于样件额定电压的挡位，接着由操作人员关闭绝缘监控和内部继电器，待电压示数稳定后读取并记录，同时记录此时的温度值及湿度值，需备注电压测量值为U和U。两表法测量结束，验电无误后拆除线束、整理工具。需要的样件绝缘电阻值R,可以根据R.和4个电压值U、U 、U,和U以及电压检测工具内阻r计算得出，公式如下：R:=Ro(U2UR:/U,1000/V带人测量的电压值、定值电阻值以及电压检测内阻值可得出样件绝缘电阻值，如式(1)所示，然后将得出的绝缘电阻值除以样件额定电压，如式(2)所示，即可判断是否符合要求。1.2直接测量法测量绝缘电阻将样件放置在防爆箱中一段时间，温湿度控制在上述温湿度范围，操作人员穿戴相应防护用具将样件的输出正负极线束及低压信号线束从防爆箱中引出来作为试验准备，验电，没有问题后开始接线。直接测量法测量动力蓄电池系统总成绝缘电阻接线示意如图2 所示。将绝缘电阻测试仪的测量线分别连接样件的正极线、负极线和搭铁线，开启绝缘电阻测试仪热机5min，施加电1压为DC500V或1.5倍样7-2件额定电压中较大者，3设置施加电压时长以4598761.防爆箱2.电脑3.CAN卡4.电压检测工具15.电压检测工具2 6.负极7.搭铁线8.正极9.信号线图1两表法测量动力蓄电池系统总成绝缘电阻接线示意1112387651.防爆箱2.电脑卤3.CAN卡4.绝缘电阻测试仪5.负极6.搭铁线7.正极8.信号线图2 直接测量法测量动力蓄电池系统总成绝缘电阻接线示意30s为宜，首先测试动力蓄电池系统总成正极搭铁的绝缘电阻，接着测试其负极搭铁的绝缘电阻，测得2 个绝缘阻值后除以样件额定电压，同式（2），判断该数值是否符合要求。2试验问题分析在动力蓄电池系统总成绝缘电阻测试过程中，有如下几个问题需要特别注意，否则会对安全及试验结果造成重大影响。2.1安全注意事项不注重该试验的特殊性会造成安全事故，惯性思维使得我们容易麻痹，认为给样件上电才有触电危险，然而不能排除样件在来试验场地前是否已关闭输出，电池包输出电压高达上百伏，远超人体能承受的安全电压，应主动佩戴高压防护用具，确保人身安全。另外，为防止试验过程的某些不可预测因素，电池包须放置在防爆隔离箱中，线束从防爆箱的开口处出来连接测试仪器设备，最大限度保证人员试验过程安全。动力蓄电池系统总成的运输也需要特别注意，需安排特种车辆运送样件至试验室，到达试验室后，从库房运出到台架过程中，叉车运输人员也应尽量保证平稳运送，安全送达。2.2仪器选择及挡位仪器选择不当或挡位选择不当会造成数据偏差或错误，因而使用上述的两表法及直接测量法测量动力蓄电池系统总成绝缘电阻时，所使用的电压检测工具准确度见表1。表1所使用的电压检测工具准确度(1)类别1电压检测装置准确度要求电压实际值与目标值的误差要求(2)值得注意的是，在多次试验后，经过对比多组记录数据得出：电压值U,和U之间的差值极小，只达到零点几伏甚至更小的数值，故在使用“两表法”测量动力蓄电池系统总成绝缘电阻过程中要注意挡位的选择，如测量U,及U时，电压挡位应选择比样件额定电压值稍大一半的量程；而测量电压值U及U，需选择额定电压值稍大的量程，避免挡位选择过大造成结果有误。2.3BMS控制器输入电压试验过程中在调节BMS控制器的输人电压值时，使用两表法测量部分动力蓄电池系统总成绝缘电阻，某些生产厂准确度0.5%1%27Newenergy/新能源汽车电器2 0 2 3年第8 期家的动力蓄电池系统总成的BMS控制器的输入电压低于12.4V时，上位机关闭绝缘监控及闭合内部继电器后，电压检测工具读数不稳定或者数据与目标值有较大偏差，此时需先排查接线是否无误，接着需要调整上述输人电压及整个样件的所有相关参数，避免无效操作。因前几次设置输人电压都为12.2 V，测试时未及时调整导致电压表U,和U只有目标值的一半，最终导致测试失败，需引以为鉴。3结束语从整个测试来看，把握几个关键节点，穿戴放防护用具、合理选择仪器和挡位，以及根据动力蓄电池系统总成的参数设置输入数据，与此同时，研读标准及细节也需注意，在前期过程中，本试验室对电压值U,和U的理解及Ro并联处的位置有争议，并在实际操作中出现小错误，经过数据分析及重新解读后纠正了错误。另外，选择两表法或直接测量法应根据试验检测机构本身所拥有测试设备的情况来定，其中值得指出的是，两表法测量所得数据加上原(上接第2 4页）现低压线束接插件退针、电机旋变故障的问题，监控的上位机是可以发现的。如图3所示，若出现异常，监控的电压会出现波动。在标准的基础上，研究加长时间振动后，三相线外表皮拉扯位移现象是可以模拟出的。因此，按照优化的方法进行驱动电机的随机振动测试，若产品本身存在问题的话，通过该方式的随机振动是可以识别出来的，降低了后期更改的风险。3驱动电机系统随机振动测试方法的展望本文前面部分主要介绍了驱动电机随机振动测试方法的优化，但是对于整车来说，需要的是驱动电机系统，即包括了驱动电机和电机控制器及相关线束。在QC/T893一2011电动汽车用驱动电机系统故障分类和判断 7 中，规定了电动汽车用驱动电机系统故障的故障模式、确认定义和故障类型。振动试验完成后对驱动电机系统的主要影响有以下方面。1）本体结构方面，可能会引起绕组串动、短路、绝缘破损等故障。2）制造性能方面，可能会引起电机控制器的连接部件松动、焊点脱落、印刷版针脚松动接触不良等故障。3）电气符合性能方面，振动可能引起绕组线圈的断裂，从而影响驱动电机系统输出的稳定性。前文提到的驱动电机随机振动主要还是针对电机，没有考虑振动对电机控制器的影响，如要识别标准里面提到的这些故障，需要把驱动电机系统整体振动试验进行考核，模拟整车运行过程对驱动电机系统的影响。后续随着发展有数据较多，带入公式计算时易出错，计算需谨慎。参考文献：1刘广敏，乔昕，张晓鹏电动汽车动力锂电池在线绝缘电阻检测方法研究 J.汽车技术，2 0 13（11)：51-54.2 周兴叶，朱建新，陈祥，等混合动力汽车用电池包绝缘电阻检测方法研究 .现代电子技术，2 0 17，40(10):121-124.3 张明艳.浅谈电动汽车动力电池绝缘电阻的检测方法数码设计（上)，2 0 19(7)：16 4.4 李恒，涂浮，马季军动力电池绝缘电阻检测系统设计.科技创新与应用，2 0 2 0(2 1)：8 3-8 5.5 柯小军燃料电池系统绝缘电阻设计及分析 .机电信息，2 0 2 0(2 0)：12 8-12 9.6王玉，游志宇，刘永鑫，等.动力电池组绝缘电阻检测与故障定位 电子测量技术，2 0 2 2，45(5)：157-16 2.(编辑凌波)以及各种成本允许的情况下，可以考虑搭建使电机进行带载运行的振动台架，把振动和带载台架结合一起，加上采集的实际振动路谱，且考虑加上环境因素的加速老化因子等，真正起到模拟整车运行的机械振动寿命考核。4结论本文提出的驱动电机随机振动测试优化方法，尽可能模拟整车的振动对驱动电机的影响，可对整车上出现的电机旋变故障、三相线蜕皮、针脚回缩等问题进行验证。在图3异常电压波动图设计验证阶段，可以更加有效地对驱动电机进行验证，确定其是否满足整车要求。标准本身提供的载荷谱，从严苟程度来说，是稍微欠缺的，也提到了后期可以考虑在该方法的基础上，对GB/T28046.3一2 0 11中的载荷谱进行优化，比如采集实际道路的振动载荷谱等。同时，本文对驱动电机系统后面发展的方向进行展望，为驱动电机系统开发和测试人员提供一些参考的依据。参考文献：1毛鸿锋，沈丁建，陈建明，等电动汽车电机控制器随机振动仿真与试验 J.公路与汽运，2 0 2 0（4)：1-4.2GB/T18488.22015，电动汽车用驱动电机第2 部分：试验方法 S.3GB/T18488.12015，电动汽车用驱动电机第1部分：技术条件 S.4 GB/T28046.32011，道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第3部分：机械负荷 S.5 杨建川车用驱动电机系统振动测试标准分析 电机与控制应用，2 0 2 1，48（3)：9 4-9 8.6黄炸，温泉，何鹏林，等电动汽车电驱动系统随机振动评价方法 .汽车电器，2 0 18（1)：10-13，15.7QC/T8932011，电动汽车用驱动电机系统故障分类和判断 S,(编辑凌波)