呂 旭，周遠(yuǎn)芳

（山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030031）

隨著人們環(huán)保意識的日益覺醒和環(huán)保法規(guī)的日益完善，國內(nèi)外各汽車制造廠家不斷推出新能源車型。根據(jù)歐盟制定的汽車業(yè)相關(guān)碳排放法規(guī)，到2021 年汽車的平均碳排放量要降到95 g/km，折算成汽油油耗相當(dāng)于每百公里4.1 L 汽油或3.6 L 柴油。而歐盟理事會在2018 年通過的草案上，更是提出到2030 年在這個基礎(chǔ)上再降低37.5%的二氧化碳排放[1]。要達到這種能源消耗水平，單純耗油車輛顯然難以實現(xiàn)。有鑒于此，能夠預(yù)見各種低排放或零排放的新能源車型將越來越普及。汽車維修從業(yè)人員也將會更多地服務(wù)于新能源車輛。

相較于傳統(tǒng)車型，新能源車型的驅(qū)動原理、結(jié)構(gòu)組成、日常維護項目和內(nèi)容都有很多差異，其中在動力儲存、輸出和傳動過程中不可避免會出現(xiàn)高電壓和大電流的情況。因此如何確保新能源車輛高壓系統(tǒng)和車身的絕緣性能，并在保證安全的前提下完成整車的檢測和維護工作是十分重要的。

目前，國內(nèi)外對于新能源車型的檢測和維護工作過程中涉及的相關(guān)電力系統(tǒng)的絕緣安全問題尚沒有一個統(tǒng)一的安全檢測標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的作業(yè)規(guī)程，各廠家及其整車的維護保養(yǎng)作業(yè)基本遵從生產(chǎn)廠家根據(jù)自己的技術(shù)維護標(biāo)準(zhǔn)自我制定的技術(shù)要求和相應(yīng)作業(yè)規(guī)范進行。有鑒于世界范圍內(nèi)新能源車輛的快速發(fā)展及市場占有率的快速提高，有必要對其檢測和維護工作過程中涉及的一些共性問題進行總結(jié)和必要的優(yōu)化，此舉對于提高新能源車輛維護保養(yǎng)的總體質(zhì)量和保證從業(yè)人員的作業(yè)安全是十分必要的?；谶@一設(shè)想和長期從事新能源車輛專業(yè)教學(xué)及車輛日常檢測維護的作業(yè)實踐，筆者以目前國內(nèi)外公認(rèn)的高端車型——寶馬G38PHEV （5 系插電混動，以下簡稱寶馬）為例，對新能源汽車高壓線路絕緣監(jiān)控的原理和維修注意事項進行研究分析。

1 新能源汽車高壓電安全性分析

新能源汽車高壓系統(tǒng)正負(fù)極線路和車輛12 V 低壓系統(tǒng)之間沒有直接的電氣連接，高線系統(tǒng)負(fù)極和車身之間是絕緣的，即這是一種兩線制不接地系統(tǒng)。高壓和低壓之間，除了高壓系統(tǒng)通過DC/DC 轉(zhuǎn)換器為低壓蓄電池充電之外，沒有其他的連接。

如果因為線束老化等原因?qū)е赂叩蛪合到y(tǒng)之間的絕緣水平降低，將導(dǎo)致高壓路和低壓線路、車身之間漏電，可能影響低壓設(shè)備正常工作，產(chǎn)生熱量積聚甚至發(fā)生火災(zāi)。如果一條線束對車身的絕緣水平嚴(yán)重降低，車輛乘員接觸到另一條線束時，可能導(dǎo)致車輛乘員直接遭受高壓電擊傷害。因此，GB 18384—2020 電動汽車安全要求中明文規(guī)定電動汽車應(yīng)該具備絕緣監(jiān)控系統(tǒng)，以滿足車輛安全的要求[2]。

新能源汽車絕緣監(jiān)控系統(tǒng)可以實時監(jiān)控高壓正負(fù)極線束相對于車輛底盤的絕緣性能，是高壓電安全的核心系統(tǒng)，對乘員安全和車輛安全具有重要意義。各主機廠在新能源車型上都對絕緣監(jiān)控系統(tǒng)進行了專門的設(shè)計和嚴(yán)格的驗證[3]。汽車維修從業(yè)人員必須掌握其工作原理和維修作業(yè)相關(guān)注意事項，這是從事新能源汽車維修工作的必要前提之一。

2 寶馬G38PHEV 新能源汽車絕緣監(jiān)控的原理

2.1 絕緣監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)值和控制邏輯

寶馬的高壓電池額定電壓為350 V，最大電壓可達401 V，電池容量37 A·h，可用電量11 kW·h，制冷形式為制冷劑制冷。

根據(jù)寶馬內(nèi)部資料顯示，該車型絕緣電阻高于1 500 kΩ 為絕緣電阻正常，低于此值為絕緣強度指標(biāo)不正常。此時絕緣電阻和最大工作電壓的比值為3 740 Ω/V，大于國標(biāo)要求的500 Ω/V，此時雖然不點亮故障燈，但是在車輛的控制單元里儲存有一條故障代碼。當(dāng)絕緣電阻低于210 kΩ 時，絕緣電阻和最大工作電壓的比值為525 Ω/V，已經(jīng)接近國家標(biāo)準(zhǔn)的限值，此時車輛會點亮故障燈，并要求駕駛員立刻前往修理廠進行檢修。

2.2 絕緣監(jiān)控工作過程

寶馬新能源汽車高壓線路絕緣監(jiān)控原理見圖1。

圖1 寶馬新能源汽車高壓線路絕緣監(jiān)控原理圖

圖中R+為高壓正極線對地絕緣電阻，R-為高壓負(fù)極線對地絕緣電阻，開關(guān)K1，K2受SME 高壓蓄電池管理單元控制，V1，V2測量兩條高壓線對地電壓將測量值傳輸給SME。

當(dāng)需要測量R+的值的時候，首先K1，K2斷開，測量兩條高壓線對地電壓為U1，U2；然后接通K1，在負(fù)極的絕緣電阻R-上并聯(lián)一個測量電阻RM1，再次測量兩條高壓線對地電壓為經(jīng)過兩次測量后，可以計算出R+的值為

按照相同原理先斷開K1，K2，再接通K2測量，可計算出高壓負(fù)極導(dǎo)線的對地絕緣電阻R-的值。

2.3 寶馬新能源汽車絕緣監(jiān)控效果分析

由以上絕緣監(jiān)控原理分析和相關(guān)數(shù)據(jù)計算可知，測量開關(guān)K1，K2的交替打開，通過測量兩個高壓線在不同情況下的對地電壓數(shù)值，經(jīng)過計算可以得到其絕緣電阻。這種監(jiān)控方式可以對兩條高壓線分別進行監(jiān)控，可控性好且測試結(jié)果相當(dāng)準(zhǔn)確。同時，由于測量電阻RM的阻值和絕緣電阻相當(dāng)，系統(tǒng)功耗較小，是一種可靠實用的監(jiān)控方法。

3 高壓絕緣故障維修注意事項

為了安全可靠地維護并排除新能源汽車的高壓絕緣故障，防止人身傷害和車輛損壞，在實際操作時，必須嚴(yán)格遵從以下作業(yè)規(guī)程。

3.1 維修前確保高壓電斷開

嚴(yán)禁在帶電的高壓組件上進行維修。在進行高壓系統(tǒng)維修作業(yè)前，必須首先斷開高壓電輸出。不同車輛斷開的具體方式不同，但總體的流程類似。以寶馬車型為例，斷開高壓電應(yīng)分3 步進行。

1）斷開低壓電。關(guān)閉點火開關(guān)，斷開低壓電并等待幾分鐘，以便車輛進入休眠狀態(tài)。對于寶馬品牌的汽車，點火開關(guān)背景燈熄滅即為車輛休眠。

2）斷開高壓電。通過高壓斷電開關(guān)或拔下斷電插頭等方式斷開高壓電。作業(yè)時要注意防止他人誤接通高壓電而造成事故。對于寶馬車系，拔開斷電插頭后要拿U 型鎖鎖止并由操作者自己保存好鑰匙，有些品牌需要自己妥善保存拔下的斷電插頭。

3）確認(rèn)高壓電已斷開。再次打開點火開關(guān)，看儀表上有沒有高壓電已斷開的提示。若有提示則證明高壓電已經(jīng)斷開，可以進行下一步的維修；若無提示，必須由具有帶電維修資質(zhì)的技術(shù)人員確認(rèn)車輛的高壓電狀態(tài)。

尤其是對于事故車輛，其高壓系統(tǒng)及其安全防護措施可能已經(jīng)在事故中失效。高壓蓄電池也可能發(fā)生損壞，有可能釋放出有害物質(zhì)。因此在進行操作前，應(yīng)該先進行事故嚴(yán)重程度的評估。如果發(fā)生以下情況之一，則不能進行通常的斷電流程，而是應(yīng)該將該車隔離，由具備帶電維修資質(zhì)的技術(shù)人員進行專項檢測。

此類情況包括：可見產(chǎn)生煙霧；可見車輛燒傷痕跡；可見明顯水漬 （包括高壓水槍滅火痕跡）；在高壓電池及高壓組件的安裝部位有明顯的機械損傷；高壓蓄電池殼體上有破損；高壓蓄電池發(fā)生位移；高壓線纜斷裂并垂落在車輛外。

對于不存在以上情況的事故車，在斷電操作前，也嚴(yán)禁接觸任何高壓組件。在執(zhí)行斷電操作時，應(yīng)該使用絕緣、耐酸的手套及佩戴防護眼鏡。

此外，由于PHEV 車輛可以通過外部充電器進行充電，因此要特別注意在進行高壓系統(tǒng)維修作業(yè)時嚴(yán)禁進行高壓充電操作。為了保證低壓蓄電池不虧電，可以為低壓蓄電池單獨充電。

3.2 高壓線纜損壞應(yīng)進行更換

在傳統(tǒng)車輛上，如果導(dǎo)線發(fā)生破皮等情況導(dǎo)致導(dǎo)線絕緣性能下降或發(fā)生短路故障時，維修技師可以通過使用絕緣膠帶纏繞等方式進行維修。但新能源車輛高壓電纜的絕緣要求遠(yuǎn)高于低壓導(dǎo)線。所以，傳統(tǒng)的通過使用絕緣膠帶的方法無法滿足其絕緣要求。因此，如果新能源車輛的高壓電纜發(fā)生了損壞，對這些電纜一般不進行修復(fù)，而是通過更換新電纜來保證系統(tǒng)具有足夠的絕緣強度指標(biāo)。

3.3 高壓蓄電池的維修

1）高壓線束扎帶的解開。高壓蓄電池內(nèi)部有些高壓導(dǎo)線使用扎帶捆束。如果按照一般習(xí)慣使用斜口鉗剪開扎帶，一旦操作失誤，則可能會損傷導(dǎo)線的絕緣層，導(dǎo)致絕緣性能下降；還可能露出金屬電纜，危及維修人員的作業(yè)安全。為了保證導(dǎo)線的絕緣性能并杜絕事故，高壓電池內(nèi)部導(dǎo)線上的扎帶只能用壓住鎖扣以手動抽出的方式進行解開操作。

2）高壓蓄電池解體維修時需進行隔離。在進行高壓蓄電池解體維修作業(yè)時，為了避免無資質(zhì)人員接近而可能出現(xiàn)的意外傷害，需要對高壓蓄電池維修區(qū)域進行隔離，并懸掛明顯的警示標(biāo)牌。

3）安裝時確保等電位螺栓連接可靠。需要注意的是，在絕緣監(jiān)控電路里，無論是電壓表還是測量電阻，其接地并不是直接接在車身上，而是接在高壓電池的殼體上。如果高壓電池殼體和車身接地之間接觸不良的話，就相當(dāng)于測量電阻RM上串聯(lián)了一個接觸電阻而導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)誤差。由于現(xiàn)有系統(tǒng)的局限性，這種情況是無法通過自診斷發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)這種情況出現(xiàn)時，可能出現(xiàn)絕緣電阻已經(jīng)低于閾值卻沒有報警的情況發(fā)生。因此，保證高壓蓄電池殼體與車身等電位在高壓絕緣監(jiān)控中至關(guān)重要，在寶馬混合動力車輛上是靠一顆等電位螺栓來保證上述兩者電位相等。除了確保絕緣監(jiān)控可靠之外，等電位設(shè)計還對車輛在發(fā)生碰撞或極端環(huán)境下，電池總成和車體之間產(chǎn)生不等電位的情況，對乘員進行可靠的防護[4]。

如果在維修高壓系統(tǒng)時拆卸了高壓蓄電池的等電位螺絲，在安裝時必須確保等電位螺栓緊固可靠。為了保證萬無一失，該螺栓應(yīng)由一名技師按規(guī)定扭矩擰緊后，再由另一名技師進行確認(rèn)。兩名技師確認(rèn)無誤后，共同簽字擔(dān)保等電位連接可靠。

此外，對于發(fā)生事故等需要進行噴漆的新能源車輛，其高壓組件，尤其是高壓蓄電池的安裝部位嚴(yán)禁進行噴漆，否則將導(dǎo)致等電位螺栓接地不可靠，致使絕緣監(jiān)控失效。

4 結(jié)束語

本文就新能源汽車絕緣監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和作業(yè)原理進行了分析，并以此為基礎(chǔ)提出了對其檢測、維修的相關(guān)技術(shù)要求和作業(yè)規(guī)范，能夠在整車檢測、維修和保養(yǎng)作業(yè)中廣泛采用。隨著汽車技術(shù)的不斷進步和更新?lián)Q代[5]，也必然會賦予新能源汽車絕緣監(jiān)控系統(tǒng)新的內(nèi)容，而其檢測、維修、保養(yǎng)的技術(shù)要求也必須不斷更新和進步以與之相適應(yīng)。