1. 新能源汽車絕緣故障解決方法
電動汽車有一個很大的潛在讓人害怕的地方是觸電,因此有了一份專門針對車輛電氣安全的安全標准《GB/T 18384.3-2015 電動汽車安全要求第3 部分:人員觸電防護》。裡面有關於電氣安全的部分有不少,其中對於絕緣故障可能造成高壓電暴露,引起人身傷害。這個起始閾值也做了最小的規定,動力系統的測量階段最小瞬間絕緣電阻為0.5kΩ/V交流、直流為0.1kΩ/V。 各整車廠開發的純電動車輛, 則根據各自設定的電壓等級來確定動力系統的絕緣電阻報警閥值,還有一個非常重要的是絕緣檢測的策略和容錯策略。圖1 整車絕緣問題概覽
第一部分 絕緣檢測的故障原因
電動汽車絕緣的問題主要可以分為:
內部:這部分我們細致的展開,從大的來看,主要是電解液泄露、外部液體進入、絕緣層被破壞之後,電池模組和單體出現了導電的迴路。這類故障發生之後可能會發生較為嚴重的後果(主要是打火和燒蝕,引起模塊內單體的短路故障)。
在大的模組內,我們可以找到通過模組內部、BMU、BMS和模組與托盤等多種絕緣突破路徑。
BMU對於Coating的要求很高,大量有電位差的線纜通過連接器接入,如果出現凝露和電金屬遷移,容易在內部產生各種潛在導通路徑
模組內部由於振動、沖擊導致磨損、錯位,如果出現絕緣紙、藍膜失效的情況,就會出現絕緣問題
BMS和BDU這兩個部件由於高壓的直接接入,如果出現隔離失效,就會產生類似軟短路的情況發生
下圖所示,真正絕緣問題出現電擊人的情況,都需要出現人本身去接觸電池的一端輸出才會出現下圖的電擊事件發生。
2. 電池外部的高壓迴路:這部分可以通過接觸器斷開而隔絕
a) 高壓連接器和高壓線纜:這里比較多的情況是兩種,一種是局部放電引起的絕緣失效;還有就是連接器金屬物質遷移導致的絕緣失效。
備註:在這個案例裡面,通電,高溫,潮濕,氯離子存在的條件下,電連接器內部金屬構件發生了表面鍍銀層的電遷移和主體材料的腐蝕,產物在電場的作用下附著在絕緣組件上並將外金屬套殼和與內金屬觸條一體的金屬構件連接,從而導致電連接器絕緣阻值大幅降低失效。
b) 高壓用電部件內部出現絕緣失效:把內部的連接器、連線歸於上一類以後,基本就考慮功率部件相關的絕緣防護是否合理。特別的如電機、變壓器內絕緣情況。
從場景上區分,可以分解成充電狀態、正常狀態、涉水、碰撞事故、結露、暴雨、淹沒、清洗等狀態。這是貫穿整個壽命周期和使用場景對各個環節進行考慮的結果,當然實際整車級別的驗證測試也需要涵蓋。
從路徑上分,可以從爬電距離、固態絕緣和空氣間隙等方面對絕緣進行破壞。
以上這些,都算是真正絕緣發生了問題。還有一些問題就是絕緣檢測電路和演算法本身受到干擾或者出現了硬體的損壞。我們可以細分為:
絕緣檢測超差:受到外部干擾檢測出來過高,設計范圍超差
絕緣檢測失效:電路由於開關(光耦或者高壓繼電器失效)出現失效
第二部分 車輛診斷與處理和漏電車輛處理
我們還是以LEAF為例,其DTC分了三個故障:
模式A:是從動力源頭切斷任何充電和放電的過程,主要響應比較高等級的故障
模式B:考慮電池的故障在一定范圍內之類,限制電機輸出功率,在充電模式下充電停止(阻止了能量回收)
模式C:限制電池包的輸入和輸出功率
模式D:僅亮起故障等,其他不做處理
這里的三個定義為處理絕緣值信號(P33DF是判斷信號異常高、P33E0是採集信號異常低,P33E1是出現絕緣報警),這里分層的原因主要是是對整個故障錯誤分類。不過我倒是看到有不同的處理方法。我們在這里可以有幾個區分點:
啟動之時:啟動的時候檢測可以根據數值、診斷電路本身情況、整個系統上電的范圍,可以判斷出問題出在哪裡。根據數值的不同選取處理辦法。嚴格來說,根據在不同狀態下,絕緣電阻的測量誤差可以做不同的策略。
充電檢測:這個我會後面仔細談一談快充多迴路檢測過程中可能出現的問題。這個在法規層制定的時候就已經有很多的涉及和探討。
車輛行駛過程中:這點是我覺得很保守的,在車輛行駛過程中,由於有各方面的干擾存在包括紋波、電壓在大電流充放過程的變化,使得整個記錄的頻次需要用計數器來做;根據數值也可以做不同的策略來判斷這個嚴重情況,執行限功率或者更好的措施。
區分了DTC之後,當發生了絕緣故障之後,對於維修人員首先應保證人員安全,操作者須配戴好有一定安全等級,符合國家相關標准要求的防護用品(防護用品通常有使用年限要求),如絕緣手套(橡膠手套+外用手套)、絕緣鞋等。
這里有個絕緣電阻的參考表,用絕緣表來測非帶電部件還是比較管用的。從車輛的壽命周期考慮,維護過程中還是安置一個MSD是比較靠譜的,能夠在接觸器粘連和各種意外條件下保證匯流排上是沒有電的。
2. 新能源汽車絕緣檢測原理
當前主流的絕緣檢測方法有兩種,電橋法和交流注入法,但這一功能由電池管理系統BMS來實現。電橋法又稱被動檢測法,主要原因必須有高壓才能進行絕緣檢測。交流注入法又稱主動檢測法,因為只需12V鉛酸上電即可完成絕緣檢測功能。關於絕緣檢測的專利大家去網上搜搜也非常的多,但大多也是基於上述兩種方法的演變和優化。大致總結如下(若有不妥,歡迎探討,更歡迎批評指正):
打開網路APP,查看更多高清圖片
電橋法重難點解讀:
(一)電橋法的檢測原理
電橋法的工作原理是BMS通過檢測高壓正與高壓負之間的分壓變化來計算正極/車身與負極/車身的絕緣阻值,檢測原理如下三步:
1. 閉合開關S1,閉合開關S2:BMS檢測到V1,V2的電壓;
2. 閉合開關S1,斷開開關S2:BMS檢測到V1』的電壓;
3. 斷開開關S1,閉合開關S2:BMS檢測到V2』的電壓;
4. 根據上述三個步驟,已知電池的總電壓U以及正負極橋臂的分壓電阻及其比例,可以列出三個方程U=aV1+bV2,
5. 根據這個方程式來解方程可以求得:正極/殼體阻值=Rp,負極/殼體=Rn
兩個阻值便是我們平時整車上讀取到絕緣值,以上即為電橋法的檢測原理。
(二)電橋法的設計難點
電橋法的穩定性及可靠性還需重點考慮如下幾點(上述四個電壓值V1,V2,V1』,V2』以下統稱V1,V2,歡迎補充和探討):
1. 分壓比例及ADC的選取:
絕緣檢測為了兼顧成本會犧牲一部分精度(採用12bit ADC采樣,甚至直接用單片機內部的ADC采樣),這個時候對電阻的分壓比例(R1/R2或R4/R3)的選取提出較高的要求,
電阻分壓比例太大采樣解析度不夠,無法做到較高精度;
電阻分壓比例太小采樣超出量程,無法做到全電壓范圍的采樣;
2. 寄生電容的影響:
大家都知道,整車上寄生電容的實際存在(一般在幾百納法級,也有遠大於這個量級的)。
由於寄生電容會導致V1,V2電壓值穩定需要一定時間,這個時候就會出現幾個問題:
BMS無法准確判斷V1,V2電壓的穩定采樣點,電容電壓未穩定或者電容開始漏電導致V1,V2的電壓不是真實分壓的值,這樣計算出來的絕緣值不準,這也是前幾年有些車絕緣不穩定的要因之一,現在好多了;
BMS等待電壓穩定的時間,等待的時間過長導致絕緣檢測時間偏長,可能不滿足功能安全中FTTI的時間要求;
寄生電容值隨著天氣以及車輛的老化會發生改變,這個時候要確保設計仍然滿足前期的采樣精度和時間目標就對演算法的穩定性及適應性提出了較高的要求,主要硬體電路以及軟體濾波要考慮;
3.電壓V1,V2的采樣同步實時性的影響
理論上V1,V2的實時性越高對絕緣采樣精度及穩定性越有利,但是很遺憾這個也只能是理論,顯然是無法完全同步的。為了方便理解,我暫且假定一個非常極端實車工況來說明同步實時性的影響:
階段一:猛踩油門踏板上陡坡,此時BMS恰好為步驟2檢測V1』;
階段二:猛踩制動踏板下陡坡,此時BMS恰好為步驟3檢測V2』;
大家可以先想想這個情景以及這個情景對絕緣檢測的影響。踩油門踏板的時候電池包對外大電流放電,由於鋰電池的DCR+極化內阻等存在,導致電池包的高壓會被急劇拉低(由電流的大小決定,一般在50~100V,以一個400V電壓來說電池實際輸出電壓為350V)。踩制動踏板的時候由於制動能量回收整車對電池包大電流充電,同理導致電池包的高壓會被瞬間抬高至450V。那麼問題就來了,V1』是以350V分壓檢測得到的,V2』是以450V分壓檢測得到的,用這一組電壓去計算絕緣是不妥的,輕則絕緣值誤差較大,最嚴重的情況下可能出現絕緣誤報漏報導致整車做了對應的故障策略。
3. 電動汽車老出現高電壓並報警是什麼原因
剎車燈踏板後面有個開關,叫剎車燈或駐車燈開關, 電腦通過這個開關知道你是否踩了剎車, 開關信號不良是因為開關本身故障或者線路問題
4. 電動汽車充電樁專用絕緣檢測模塊有什麼作用
題主應該是指直流充電樁,主要用於檢測充電樁直流母線與地之間的絕版緣電阻,一般情況下權,直流部分與地絕緣,當這個絕緣電阻值低於預定值時,直流部分就不會接通,電路與電動汽車是斷開的,就不會對電動汽車及操作人員以傷害了。
5. 純電動汽車絕緣故障是什麼原因
一、輔助電源法
在我國某些電力機車採用的漏電檢測器中,使用一個直流110V的檢測用輔助蓄電池,蓄電池正極與待測高壓直流電源的負極相連,蓄電池的負極與車輛機殼實現一點連接。在待測系統絕緣性能良好的情況下,蓄電源沒有電流迴路,漏電流為零;在電源線纜絕緣層老化或者環境潮濕等情況下,蓄電池通過電源線纜絕緣層形成閉合迴路、產生漏電流,檢測器根據漏電流的大小進行報警,並關斷待測系統電源。這種檢測方法不僅需要直流110V電源,增加了系統結構的復雜度,而且這種檢測方法難以區分絕緣故障源是來自電源正極引線電纜還是負極引線電纜。
二、電流感測法
採用霍爾式電流感測器是對高壓直流系統進行漏電流檢測的另一種方法。將待測系統中電源的正極和負極一起同方向穿過電流感測器,當沒有漏電流時,從電源正極流出的電流等於返回到電源負極的電流,因此穿過電流感測器的總電流為零,電流感測器的輸出電壓為零;當發生漏電現象時,電流感測器輸出電流不為零。根據電壓的正負可以進一步判斷產生漏電流的來源是來自電源正極引線電纜還是電源負極引線電纜。但是,應用此方法的前提是待測電源必須處於工作狀態。
在目前的電動汽車產品研發中,採用母線電壓在「直流正極母線-底盤」和「直流負極母線-底盤」之間分壓來表徵直流母線相對於車輛底盤的絕緣程度。但是,這種電壓分壓法只能表徵直流正、負母線對底盤的相對絕緣程度,無法判斷直流正、負母線對底盤絕緣性能同步降低的情況。
電動汽車不絕緣的原因——電動汽車各系統常見故障及處理
故障檢測方法
汽車故障檢測是通過觀察、檢測、分析及判斷等一系列工作完成的,其基本方法主要分為兩類:直觀檢測法與現代儀器設備檢測法。
(1)直觀檢測法直觀檢測法又稱人工經驗檢測法,是指檢測人員藉助豐富的實踐經驗和一定的理論知識,在汽車不解體或局部解體的情況下,依據直觀的感覺,藉助簡單工其,採用眼觀、耳聽、手摸和鼻聞等手段對汽車進行檢查、試驗和分析,查明故障原因和故障部位。
(2)現代儀器設一備檢測法現代儀器設備檢測法是在人工經驗檢測法的基礎上發展起來的一種檢測方法,是指在汽車不解體的情況下,使用測試儀器、檢測設備或工具,檢測整車、總成或機構的參數、曲線和波形,為分析、判斷汽車故障原因提供定量依據。
實際上,上述兩種方法經常會同時使用,稱為綜合檢測法。電動汽車的故障處理同傳統汽車故障處理的含義相似,而因為電動汽車構造的特殊性又在細節上與傳統內燃機汽車存在著差異。基本流程首先應找到故障產生的部位;之後用相應的儀器進行測試,分析、研究故障產生的原因,推理驗證故障的產生情況;然後進行維修,確認故障已經修復;最後駕駛人試車,以檢驗故障修復的效果。
6. 新能源電動汽車如何用萬用表測試絕緣阻值,我這有輛車跑不動了!!
就是金屬內的阻值
7. 如何使用電動汽車絕緣監測儀
具體去4S店讓銷售顧問給你講解。
8. 電動汽車絕緣電阻的檢測,檢測些什麼內容
根據你的描述。絕緣電阻檢測主要測量。高壓母線與車身之間的絕緣,電阻通常採用絕緣測試儀進行檢測。如果絕緣電阻低於規定值。說明高壓系統有漏電現象。望採納,謝謝。