鄭傳琴， 王正衛(wèi)

(1.蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215000； 2.金龍聯(lián)合汽車(chē)工業(yè)(蘇州)有限公司，江蘇 蘇州 215000)

電動(dòng)汽車(chē)盡管已普及，但用車(chē)單位對(duì)電源高壓?jiǎn)栴}卻存在許多困惑。如用萬(wàn)用表測(cè)量高壓部件與車(chē)身之間的電壓的方法來(lái)判斷高壓部件的絕緣情況，發(fā)現(xiàn)高壓部件對(duì)車(chē)身電壓一般有一百多伏甚至有幾百伏，且正、負(fù)極對(duì)地電壓之和又小于電池總電壓，又測(cè)得正極壓降與負(fù)極壓降之和總小于總電壓。這個(gè)問(wèn)題使很多從事純電動(dòng)車(chē)維修的人員困惑，本文就來(lái)剖析這個(gè)疑惑。

1 純電動(dòng)車(chē)高壓部件對(duì)車(chē)身電壓的分析

1.1 純電動(dòng)車(chē)高壓部件概述及絕緣性要求

純電動(dòng)車(chē)高壓部件主要包括鋰動(dòng)力電池、BMS高壓柜、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、高壓控制柜、DC/DC、DC/AC、打氣泵、轉(zhuǎn)向泵、空調(diào)、暖風(fēng)、除霜器以及高壓線等。概括起來(lái)就是1個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)加4個(gè)輔助系統(tǒng)。

純電動(dòng)車(chē)高壓部件正、負(fù)極與車(chē)身之間都應(yīng)處于絕緣狀態(tài)，絕緣值應(yīng)符合GB/T 18384.3—2015 中大于500 Ω/V的要求[1]。商用純電動(dòng)車(chē)電壓一般不超過(guò)700 V，一般企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)用絕緣檢測(cè)儀檢測(cè)到絕緣值低于0.5 MΩ時(shí)就報(bào)警，高于國(guó)標(biāo)要求。但實(shí)際絕緣值要高于此標(biāo)準(zhǔn)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)向泵電機(jī)、打氣泵電機(jī)三相線的絕緣值一般都大于500 MΩ[2]，風(fēng)冷鋰電池、空調(diào)、除霜器、暖風(fēng)高壓的絕緣值大于200 MΩ[3]，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器絕緣值最低，大約為6～20 MΩ[4]。所以，整車(chē)高壓部件的絕緣情況受驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的影響較大，新車(chē)高壓部分絕緣電阻一般在5 MΩ左右。

1.2 純電動(dòng)車(chē)高壓部件對(duì)車(chē)身電壓的理論分析

純電動(dòng)車(chē)高壓部件總正、總負(fù)與車(chē)身的電壓滿足歐姆定律，絕緣電阻分壓的等效電路如圖1所示(圖中，R1為電動(dòng)車(chē)總負(fù)載；虛框?yàn)橛萌f(wàn)用表測(cè)電壓狀態(tài))。其中U=700 V(電池總電壓)；R2、R3各≈5 MΩ(正、負(fù)高壓線對(duì)車(chē)身絕緣電阻)。

根據(jù)歐姆定理，R2、R3所分電壓為：

UR2=U·R2/(R2+R3)=350 V=UR3(R2=R3)

圖1 絕緣電阻分壓等效電路及萬(wàn)用表測(cè)壓原理圖

因此，在滿足絕緣性要求的純電動(dòng)車(chē)上，高壓部件正極、負(fù)極理論上對(duì)車(chē)就有電壓存在，而且正、負(fù)極壓降之和為電池總電壓。即高壓部分正、負(fù)極對(duì)車(chē)身存在高電壓屬正常現(xiàn)象，電壓大小與總正、總負(fù)極相應(yīng)絕緣電阻之比有關(guān)。但用萬(wàn)用表實(shí)際測(cè)量時(shí)，總正、總負(fù)極電壓之和與電池總電壓不一樣，這是因?yàn)橛萌f(wàn)用表測(cè)量時(shí)存在干擾。

2 萬(wàn)用表測(cè)電壓的干擾

2.1 萬(wàn)用表測(cè)電壓原理

用萬(wàn)用表測(cè)量電壓時(shí)，其內(nèi)部接線原理如圖2所示[5]。在萬(wàn)用表內(nèi)串有一個(gè)電阻Rg，相當(dāng)于在萬(wàn)用表表針?lè)胖玫谋粶y(cè)兩點(diǎn)間串聯(lián)了一個(gè)電阻Rg，而且Rg隨電壓擋位不同電阻值也不同。當(dāng)測(cè)量電壓在200 mV以下時(shí)，不串聯(lián)電阻；當(dāng)測(cè)量電壓在200 mV～2 V擋，串聯(lián)9 kΩ電阻；當(dāng)測(cè)量電壓在2～20 V擋，串聯(lián)99 kΩ電阻；當(dāng)測(cè)量電壓在20～200 V擋，串聯(lián)1 MΩ電阻；當(dāng)測(cè)量電壓在200～2 000 V時(shí)，串聯(lián)10 MΩ電阻。

圖2 萬(wàn)用表測(cè)電壓內(nèi)部原理圖

很明顯，在用萬(wàn)用表測(cè)量高壓部件對(duì)車(chē)身電壓時(shí)，萬(wàn)用表內(nèi)接電阻存在很大干擾。

2.2 萬(wàn)用表干擾情況分析

2.2.1 單萬(wàn)用表測(cè)量干擾情況

當(dāng)用一只萬(wàn)用表接在圖1的A點(diǎn)(正極)與車(chē)身之間測(cè)量電壓時(shí)，根據(jù)電阻并聯(lián)原理[6]，正極有效電阻R效為(對(duì)應(yīng)于測(cè)量電壓的一般數(shù)據(jù)，Rg為10 MΩ):

R效=Rg·R2/(Rg+R2)=10×5/(10+5) =10/3 MΩ

則

UR2=UR效/(R效+R3)=700×10/3/(10/3+5)≈279.8 V

同樣，將萬(wàn)用表接在圖1的B點(diǎn)(負(fù)極)與車(chē)身之間測(cè)量電壓時(shí)，可得UR3=UR2≈279.8 V。U總=UR2+UR3=279.8 V+279.8 V=559.6 V<700 V。

因此，用一只萬(wàn)用表測(cè)量電壓時(shí)，在萬(wàn)用表內(nèi)阻干擾下，總正、負(fù)極測(cè)量值之和比總電壓小，但不是實(shí)際電壓，實(shí)際電壓之和應(yīng)為電池總電壓。

2.2.2 雙萬(wàn)用表測(cè)量干擾情況

如用兩個(gè)一樣的萬(wàn)用表在圖1的A點(diǎn)(正極)與車(chē)身間、B點(diǎn)(負(fù)極)與車(chē)身間同時(shí)進(jìn)行電壓測(cè)量，則有：

R正效=Rg·R2/(Rg+R2)=10/3 MΩ=R負(fù)效(R2=R3)

UR2=UR正/(R正+R負(fù))=350 V=UR3(R正效=R負(fù)效)

即U總=UR2+UR3=350 V+350 V=700 V

可見(jiàn)，采用雙萬(wàn)用表可消除萬(wàn)用表干擾，正、負(fù)極壓降之和等于總電壓，且為實(shí)際壓降。

2.3 風(fēng)冷鋰電池對(duì)車(chē)身電壓測(cè)量

1)單萬(wàn)用表測(cè)量。風(fēng)冷鋰電池絕緣電阻一般比較大，即圖1中R2、R3一般都在200 MΩ以上，用一只萬(wàn)用表測(cè)量電池對(duì)車(chē)身電壓時(shí)， 若U=700 V,R2=R3都取200 MΩ，Rg=10 MΩ，則用上述方法算得：

UR2≈33.3 V=UR3
U總=UR2+UR3=33.3 V+33.3 V=66.6 V<700 V

所以，當(dāng)絕緣電阻比萬(wàn)用表內(nèi)阻Rg大得多時(shí)，萬(wàn)用表上顯示電壓會(huì)很小，當(dāng)正、負(fù)絕緣電阻趨近于∞，萬(wàn)用表顯示電壓趨近于0，但并非實(shí)際電壓。無(wú)論絕緣電阻有多大，高壓部分總正、總負(fù)實(shí)際壓降之和應(yīng)為電池總電壓。

2)雙萬(wàn)用表測(cè)量。如果用兩個(gè)一樣的萬(wàn)用表在風(fēng)冷鋰電池正、負(fù)極同時(shí)測(cè)上述電池對(duì)車(chē)身電壓,同樣可得：

UR2=350 V=UR3
U總=UR2+UR3=350 V+350 V=700 V

可見(jiàn)，在絕緣電阻很大的情況下，采用雙萬(wàn)用表仍可消除萬(wàn)用表干擾，總正、總負(fù)極壓降之和等于總電壓，且為實(shí)際壓降[7]。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

按實(shí)車(chē)配置制作了一個(gè)純電動(dòng)車(chē)高壓模型，并采用單、雙表法對(duì)高壓部件、鋰電池與車(chē)身間電壓進(jìn)行測(cè)量驗(yàn)證[8]。

3.1 檢測(cè)高壓部件

1)單表法測(cè)量。采用單表法測(cè)量整車(chē)正、負(fù)電壓的條件：鑰匙打到start擋,整車(chē)上高壓，鋰電池電壓U=611 V，整車(chē)高壓部件正極絕緣電阻R2=5.4 MΩ，負(fù)極絕緣電阻R3=4.3 MΩ，同上理論計(jì)算得：

UR2≈274.2 V，UR3≈218.2 V

U總理=274.2 V+218.2 V=492.4 V

實(shí)際測(cè)量值見(jiàn)表1。

表1 整車(chē)電壓?jiǎn)伪頊y(cè)量值 V

此時(shí)U總測(cè)=U正測(cè)+U負(fù)測(cè)=273.9 V+220.3 V=494.2 V<611 V，與理論分析相符。

2)雙表法測(cè)量。雙表測(cè)量的條件及有關(guān)參數(shù)與上述單表測(cè)量相同，同樣理論計(jì)算可得：

UR2=329 V，UR3=282 V
U總理=329 V+282 V=611 V

實(shí)際測(cè)量值見(jiàn)表2。

表2 整車(chē)電壓雙表測(cè)量值 V

此時(shí)U總測(cè)=U正測(cè)+U負(fù)測(cè)=331.5 V+279.3 V=610.8 V≈611 V，與理論分析相符。

3.2 檢測(cè)鋰電池

1)單表法測(cè)量。將鋰電池連接BMS的高壓線拆除，采用單表法分別測(cè)量鋰電池正、負(fù)極對(duì)車(chē)身電壓。檢測(cè)條件：鋰電池電壓U=611 V，鋰電池正極絕緣電阻R2=320 MΩ，負(fù)極絕緣電阻R3=410 MΩ。用上述方式理論計(jì)算可得：

UR2≈14.1 V，UR3≈14.3 V
U總理=14.1 V+14.3 V=28.4 V

實(shí)際測(cè)量值見(jiàn)表3。

表3 鋰電池電壓?jiǎn)伪頊y(cè)量值 V

此時(shí)U總測(cè)=U正測(cè)+U負(fù)測(cè)=14.05 V+14.26 V=28.31 V<611 V，與理論分析相符。

當(dāng)絕緣電阻與萬(wàn)用表內(nèi)串電阻差別比較大時(shí)，用單表法所測(cè)電壓就比較小,與理論分析相符。

2)雙表法測(cè)量。雙表測(cè)量的條件與單表法測(cè)量相同，同樣方法理論計(jì)算可得：

UR2≈303.9 V，UR3≈307.1 V
U總理=303.9 V+307.1 V=611 V

實(shí)際測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 鋰電池電壓雙表測(cè)量值 V

此時(shí)U總測(cè)=U正測(cè)+U負(fù)測(cè)=303.5 V+307.1 V=610.6 V≈611 V，與理論分析相符。

即使絕緣電阻與萬(wàn)用表內(nèi)串電阻差別比較大，用雙表法所測(cè)電壓一樣也比較大，也與理論分析相符。

4 結(jié) 論

1)對(duì)于絕緣電阻符合要求的純電動(dòng)汽車(chē)，高壓部件總正、總負(fù)極與車(chē)身之間存在電壓，且實(shí)際電壓之和就是總電壓。

2)無(wú)論絕緣電阻是大還是小，采用單表法測(cè)量時(shí)干擾大，測(cè)量值與實(shí)際值差別大；采用雙表法測(cè)量時(shí)干擾小，測(cè)量值與實(shí)際值差別小。因此，在測(cè)純電動(dòng)車(chē)高壓部件與車(chē)身電壓時(shí)應(yīng)采用雙表法測(cè)量。