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绝缘检测电桥法中的几个重要概念

09/29 11:19
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五一假期过得蛮快的哦,我也办完了大事,过程是几经波折,接下来继续投入紧张的工作中了。

最近查找了国内许多绝缘检测的相关专利,前文整理分享过给大家;总体来讲,国内针对绝缘检测的主流方案还是电桥法,在很多友商的产品上都会见到。

前面多多少少写过两篇关于电桥法的内容,今天就继续介绍电桥法的几个关键概念。

  • 平衡电桥与不平衡电桥

这两个概念经常遇到,但又很难找到官方的出处,这里大概把它们澄清一下。平衡电桥是指人为并入上下桥臂的电阻阻值是相等的,在下图中,即 R1=R2;它引入电路的改变是平衡的,当绝缘电阻出现上下不相等时,造成了上下分压的不一致,通过检测这个不一致性,来定性判断绝缘电阻;当然这种方法有局限性,不能准确测量出绝缘电阻的阻值,还有就是电阻同比例变化、接地等情况也不能准确识别,但平衡电桥法可以用来做快速绝缘检测。

不平衡电桥就是我们经常遇到方法了,它并入桥臂的电阻包含不相等的情况;例如国标中的方案就是典型的例子,关于这个方法就不展开了。

这里再补充一点,国标中第一次检测出上下桥臂电压后,判断两个电压的大小,来决定第二次并入电阻的位置,即哪个位置电压大,第二次就在这个位置处并入已知电阻 R0;原因可能是这样做不会让小的绝缘电阻继续降低,另外在计算上面也有优势。

  • 桥臂电阻取值限制

电桥法中人为并入的电阻阻值是否有限制呢?答案当然是有的,没有规矩不成方圆啊;上图中的 R0 取值,从抵抗 Y 电容影响的角度来讲,R0 越小,电压收敛的时间越短,检测时间也就越短;但是 R0 取值是有下限的。在 ISO 6469-3 中,有如下规定:

在 GB/T 18384.1 里面是这样规定的:

这两个标准还是有些差别的,不过电阻取值的下限是统一的,实际中看到的方案普遍取值都在 500KΩ以上。从此处也可以理解之前讲过的问题点,即当测试电池包的绝缘和耐压时,需要把 BMS 的绝缘检测电路关闭掉,否则会有误判。

  • Y 电容与 X 电容

电池系统中,如下图,C1 一般被称作 X 电容,C2 和 C3 一般被称为 Y 电容。Y 电容来源有几点:电池与托盘等构成的等效电容、BMS 上面的滤波电容等;容值大概几纳法到几微法,整车对 Y 电容的大小是有要求的,这里不展开讨论。X 电容主要来源于电机控制器直流母线上面的滤波电容,容值几百到上千微法,取决于整车需求。

绝缘检测主要受到 Y 电容的影响,一般 X 电容不会产生影响。Y 电容影响的机理在于,例如电桥法中,它延迟了稳态建立的时间,若使用未收敛的电压值去计算,得出的结果也是不准确的;Y 电容是工程师们做绝缘检测方案的头号强敌。

  • 100Ω/V 与 500Ω/V

这两个值是不是很眼熟,国标中要求直流电路绝缘电阻最小值要大于 100Ω/V,交流电路要大于 500Ω/V,那么这个需求来自于哪里呢?

在标准 IEC/TS 60479-1 电流对人类与家畜的影响中,有如下要求:在 DC-2 和 AC-2 区域内,对人体来讲是安全的电流范围;然后我们把 DC-100Ω/V 和 AC-500Ω/V 转换成电流值就是 DC-10mA 和 AC-2mA,大家可以看到这两个值是在安全区域内部的,也就是说保证绝缘电阻在 DC-100Ω/V 和 AC-500Ω/V 之上,对人就是无害的。

总结:针对特斯拉,我专门找过它们绝缘检测的专利,都是好多年前申请的,方案也都是电桥法,而不是交流注入法等,不清楚是否我的检索有遗漏,如果大家了解的话,希望可以私信我哦;以上所有,仅供参考。

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公众号“新能源BMS”主笔,从事新能源汽车电池系统设计工作,具体为BMS硬件设计工作将近10年,在几个大的主机厂都工作过;希望通过文字,把一些设计经验和总结分享给大家,共同成长。