动力电池系统绝缘监控及检测方法

动力电池系统是一个车载高压电气系统，为电动车提供电能的吸收、存储和供应，在电动车的启动、运行及停止的过程中都有可能发生安全问题，为保证动力电池系统的安全运行，需要对电池系统进行主动的监控与防护。

(一)绝缘监控功能原理

正常运行情况下，电动汽车动力系统是一个独立的系统，对车辆壳体是完全绝缘的，但是不排除由于长时间车辆运行后高压线老化或受潮导致的绝缘降低而使得车身带电，而且车辆工况复杂，振动、温度和湿度的急剧变化，酸碱气体的腐蚀等都会引起绝缘层的损坏，使得绝缘性能下降。实时地监测绝缘性能对保证人员人身安全和车辆安全运行具有重要意义。

GB/T 18384.3-2015人员触电防护中定义最大工作电压小于等于60V的电力组件为A级电压等级，最大工作电压大于60V的电力组件为B级电压等级，对于B级电力组件必须满足其有足够的绝缘电阻(Ri≥(Vb * 500 Ω/V))。在GB/T 18384.1-2015车载可充电储能系统中规定BMS需要对动力电池系统所有部件集成完毕的状态下进行绝缘检测，且采用绝缘电阻阻值来衡量绝缘状态。绝缘电阻可分为总正对地和总负对地，衡量系统绝缘状态Ri一般取两者之间的最小值。

图1. 绝缘电阻测量原理

目前BMS主要采用国标推荐的测量方法，如图1所示。Rx是HV+对地电阻，Ry是HV-对地电阻，R1，R2是测量用的已知阻值的标准电阻，测量方法如下：

步骤1：闭合S1，断开S2，采集U1点电压和总压U;

步骤2：闭合S2，断开S1，采集U2点电压和总压U;

可得方程Rx=(U*R2-(R1+R2)*(U1+U2))/U1;Ry=(U*R2-(R1+R2)*(U1+U2))/U2，代入U1、U2、R1、R2、以及总压U即可通过方程求解Rx、Ry。动力电池系统的绝缘电阻取Rx、Ry两者之间的小值。

(二)检测因素

通过串接电阻的形式改变绝缘电阻的大小，当绝缘电阻小于标准值时，检测BMS能否测量到绝缘故障，当绝缘电阻大于标准值时，检测BMS是否发生绝缘故障的误报警。

(三)检测方法

绝缘监控的检测原理如图2所示，检测方法如下：

1. 在HV+与地之间连接420kΩ的电阻，电池系统切换到运行状态，BMS不会识别到绝缘故障，HV+与地之间的绝缘电阻值=420kΩ 5%，HV-与地之间的绝缘电阻值2500KΩ。电池系统切换到standby状态。

2. 在HV-与地之间连接第二个电阻，阻值380 kΩ，电池系统切换到运行状态， BMS识别到绝缘故障，HV+与地之间的绝缘电阻值=420kΩ5%，HV-与地之间的绝缘电阻值=380kΩ5%。

图2. 绝缘监控检测原理