基于电控系统的绝缘检测装置及绝缘定向策略

基于电控系统的绝缘检测装置及绝缘定向策略

刘琳沙文瀚

（奇瑞新能源汽车技术有限公司安徽芜湖241002）

摘要：传统汽车采用燃油作为能源，在内燃机中燃烧来产生动力。国内目前每年的汽车产销量已经接近3000万辆，极大地影响了国家的能源战略，对环境也造成了大量的污染。而电动汽车对环境友好，不依赖石油，获得了极大的关注，是未来的主要方向之一。

然而随着电动汽车在市场上的保有量的不断增加，安全事故也频发，相对于传统车采用燃油进行驱动，电动汽车采用高压电能作为整车的驱动能源，在高压安全领域就需要比传统车辆提出更高的要求，高压安全问题在行业内也得到普遍的重视。

目前对相关方面的要求以及研究也已经较多，但是更多的是从符合标准法规的角度出发，从零部件或者单一功能层级进行考虑。没有从整车系统级或者用户安全核心进行主控考虑。本文从基于电控系统的绝缘检测装置及绝缘定向策略，对纯电动汽车高压系统安全设计功能检测及快速定位，进行初步的探讨。

关键词：电控；绝缘；高压

一、高压安全危险模式分析

电动汽车采用高压电能作为整车驱动能源，包括的整车高压部件有动力电池，MCU，电机，PTC，DCDC，空压机，充电机，高压线束等。目前市场上主要车型的电压已经能够达到300V到400V，而像比亚迪的部分车型电压甚至可以达到600V，而一般人体可以承受安全电压只有36V，考虑到以后新能源汽车性能的逐渐提高，电压平台上升是未来的趋势之一，高压安全是以后电动汽车设计过程中需要着重考虑的核心问题。综合目前市场的反馈以及高压电，电池的自身特性，目前高压安全方面主要存在两个问题：

1、人体可以承受的安全电压是36V，目前市场上主要电压都能达到几百伏，人体触碰到高压电路会有触电风险；

2、短路、过充或者电芯单体差异造成的热失控，即电池或者外部高压电路温度上升到一定程度后，发生燃烧或者爆炸危险。

二、电动汽车的触电风险分析

触电风险主要包括人体直接触电和非直接触电，直接触电指的是人员直接触碰到了高压电路中的正负极，从而引发的触电风险。非直接漏电是指发生绝缘失效漏电，人体碰触到带电的壳体，引发的触电风险。国际上公认，触电时间与流入人体的电流之乘积如果超过30mAs，就会发生人体触电死亡事故。

目前电动汽车考虑到安全性能，采用的都是直流电源，负极不连接到车身，而是直接连接到电池的负极。如电路模型（图一）所示，K2，K3分别为动力电池的主正、主负继电器，K0为预充继电器，R0为预充电阻，M为手动维修开关，R1为高压回路的主保险丝，壳体这里假设为高压零部件的金属可导电部分，R2、R3分别为高压电路正负极到高压壳体可导电部分的绝缘电阻。在整车上电过程中，先闭合K0和K3继电器，对MCU端的电容进行预充，当电容上升到与电池端电压差在5V之内后，BMS上报预充成功，再吸合主正继电器K2，断开预充继电K0。这时直流回路导通，给各高压负载进行供电。

图一、人员触电危险模型

电动车辆的绝缘有着较高的要求，一旦出现绝缘问题，会引起较为可怕的后果，车辆上会增加绝缘检测功能。绝缘检测主要功能是，能够识别出总正对地绝缘电阻以及总负对地绝缘电阻中较小的一端，并且给出实时的绝缘电阻阻值。

三、绝缘定向及实车测试

如图二所示，通过不同继电器通断下的绝缘值反馈，可以初步的判断绝缘问题发生的位置。

图二：实车测试截图

该功能基于继电器的状态和绝缘值的反馈，当主正、主负继电器未闭合时，上报绝缘故障，即为电池PACK内绝缘故障，当主正、主负继电器闭合后，上报绝缘故障，引起整车断高压后，绝缘故障值恢复整车，则指向为PACK外的高压回路故障。按照此种策略，当整车绝缘值实时在网络上体现时，整车控制器VCU可以通过不同组合下继电器的切换，确认整车阻值的变化情况，判断问题来源点。

四、综述

基于电子控制系统的功能扩充，电控系统能够承担越来越多以往传统零部件的工作任务。本文从基于电控系统的绝缘检测装置及绝缘定向策略，对纯电动汽车高压系统安全设计功能检测及快速定位，进行初步的探讨。是实现一种低成本的功能拓展，且在电控策略的安全监管下，保证了车辆的安全性。在新能源车辆上，有较大的实际推广意义。

参考文献：

[1]田杨.基于ARM单片机电动汽车绝缘检测系统研究[D].安徽理工大学，2016.

[2]张俊.纯电动汽车高压电安全监控系统研究[D].浙江工业大学，2012.