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纯电动车高压部件对车身电压问题剖析
2020-06-06 01:03:14· 来源：《纯电动车高压部件对车身电压问题剖析》
电动汽车尽管已普及，但用车单位对电源高压问题却存在许多困惑。如用万用表测量高压部件与车身之间的电压的方法来判断高压部件的绝缘情况，发现高压部件对车身电
电动汽车尽管已普及，但用车单位对电源高压问题却存在许多困惑。如用万用表测量高压部件与车身之间的电压的方法来判断高压部件的绝缘情况，发现高压部件对车身电压一般有一百多伏甚至有几百伏，且正、负极对地电压之和又小于电池总电压，又测得正极压降与负极压降之和总小于总电压。这个问题使很多从事纯电动车维修的人员困惑，本文就来剖析这个疑惑。
1 纯电动车高压部件对车身电压的分析
1.1 纯电动车高压部件概述及绝缘性要求
纯电动车高压部件主要包括锂动力电池、BMS高压柜、驱动电机、驱动电机控制器、高压控制柜、DC /DC、DC /AC、打气泵、转向泵、空调、暖风、除霜器以及高压线等。概括起来就是1 个动力系统加4 个辅助系统。
纯电动车高压部件正、负极与车身之间都应处于绝缘状态，绝缘值应符合GB /T 18384. 3—2015 中大于500 Ω/V 的要求。商用纯电动车电压一般不超过700 V，一般企业标准规定，当用绝缘检测仪检测到绝缘值低于0. 5 MΩ 时就报警，高于国标要求。但实际绝缘值要高于此标准，驱动电机、转向泵电机、打气泵电机三相线的绝缘值一般都大于500 MΩ，风冷锂电池、空调、除霜器、暖风高压的绝缘值大于200MΩ，驱动电机控制器绝缘值最低，大约为6 ～ 20MΩ。所以，整车高压部件的绝缘情况受驱动电机控制器的影响较大，新车高压部分绝缘电阻一般在5MΩ 左右。
1.2 纯电动车高压部件对车身电压的理论分析
纯电动车高压部件总正、总负与车身的电压满足欧姆定律，绝缘电阻分压的等效电路如图1 所示( 图中，Ｒ1为电动车总负载; 虚框为用万用表测电压状态) 。其中U= 700 V( 电池总电压) ; Ｒ2、Ｒ3各≈5 MΩ( 正、负高压线对车身绝缘电阻) 。
根据欧姆定理，Ｒ2、Ｒ3所分电压为:
因此，在满足绝缘性要求的纯电动车上，高压部件正极、负极理论上对车就有电压存在，而且正、负极压降之和为电池总电压。即高压部分正、负极对车身存在高电压属正常现象，电压大小与总正、总负极相应绝缘电阻之比有关。但用万用表实际测量时，总正、总负极电压之和与电池总电压不一样，这是因为用万用表测量时存在干扰。
2 万用表测电压的干扰
2.1 万用表测电压原理
用万用表测量电压时，其内部接线原理如图2 所示。在万用表内串有一个电阻Ｒg，相当于在万用表表针放置的被测两点间串联了一个电阻Ｒg，而且Ｒg随电压挡位不同电阻值也不同。当测量电压在200 mV 以下时，不串联电阻; 当测量电压在200 mV ～2 V 挡，串联9 kΩ 电阻; 当测量电压在2 ～ 20 V 挡，串联99 kΩ 电阻; 当测量电压在20 ～ 200 V 挡，串联1 MΩ电阻; 当测量电压在200 ～ 2 000 V 时，串联10MΩ 电阻。
很明显，在用万用表测量高压部件对车身电压时，万用表内接电阻存在很大干扰。
2. 2 万用表干扰情况分析
2. 2. 1 单万用表测量干扰情况
当用一只万用表接在图1 的A 点( 正极) 与车身之间测量电压时，根据电阻并联原理，正极有效电阻Ｒ效为( 对应于测量电压的一般数据，Ｒg为10MΩ) :
Ｒ效= Ｒg·Ｒ2 /( Ｒg+Ｒ2) = 10×5 /( 10+5) = 10 /3 MΩ
则UＲ2 =UＲ效/( Ｒ效+Ｒ3) = 700×10 /3 /( 10 /3+5) ≈279. 8 V
同样，将万用表接在图1 的B 点( 负极) 与车身之间测量电压时，可得UＲ3 =UＲ2≈279. 8 V。U总=UＲ2 +UＲ3 = 279. 8 V+279. 8 V= 559. 6 V＜700 V。
因此，用一只万用表测量电压时，在万用表内阻干扰下，总正、负极测量值之和比总电压小，但不是实际电压，实际电压之和应为电池总电压。
2.2. 2 双万用表测量干扰情况
如用两个一样的万用表在图1 的A 点( 正极) 与车身间、B 点( 负极) 与车身间同时进行电压测量，则有:
可见，采用双万用表可消除万用表干扰，正、负极压降之和等于总电压，且为实际压降。
2.3 风冷锂电池对车身电压测量
1)单万用表测量。风冷锂电池绝缘电阻一般比较大，即图1 中Ｒ2、Ｒ3一般都在200 MΩ 以上，用一只万用表测量电池对车身电压时，若U= 700 V，Ｒ2 =Ｒ3都取200 MΩ，Ｒg = 10 MΩ，则用上述方法算得:
所以，当绝缘电阻比万用表内阻Ｒg大得多时，万用表上显示电压会很小，当正、负绝缘电阻趋近于∞，万用表显示电压趋近于0，但并非实际电压。无论绝缘电阻有多大，高压部分总正、总负实际压降之和应为电池总电压。
2)双万用表测量。如果用两个一样的万用表在风冷锂电池正、负极同时测上述电池对车身电压，同样可得:
可见，在绝缘电阻很大的情况下，采用双万用表仍可消除万用表干扰，总正、总负极压降之和等于总电压，且为实际压降。
3 实验验证
按实车配置制作了一个纯电动车高压模型，并采用单、双表法对高压部件、锂电池与车身间电压进行测量验证。
3.1 检测高压部件
1)单表法测量。采用单表法测量整车正、负电压的条件: 钥匙打到start 挡，整车上高压，锂电池电压U= 611 V，整车高压部件正极绝缘电阻Ｒ2 = 5. 4 MΩ，负极绝缘电阻Ｒ3 = 4. 3 MΩ，同上理论计算得:
实际测量值见表1。
此时U总测= U正测+ U负测= 273. 9 V+ 220. 3 V =494. 2 V＜611 V，与理论分析相符。
2)双表法测量。双表测量的条件及有关参数与上述单表测量相同，同样理论计算可得:
实际测量值见表2。
此时U总测= U正测+ U负测= 331. 5 V + 279. 3 V =610. 8 V≈611 V，与理论分析相符。
3.2 检测锂电池
1)单表法测量。将锂电池连接BMS 的高压线拆除，采用单表法分别测量锂电池正、负极对车身电压。检测条件: 锂电池电压U= 611 V，锂电池正极绝缘电阻Ｒ2 = 320 MΩ，负极绝缘电阻Ｒ3 = 410 MΩ。用上述方式理论计算可得
实际测量值见表3。
此时U总测= U正测+ U负测= 14. 05 V+ 14. 26 V =28. 31 V＜611 V，与理论分析相符。
当绝缘电阻与万用表内串电阻差别比较大时，用单表法所测电压就比较小，与理论分析相符。
2)双表法测量。双表测量的条件与单表法测量相同，同样方法理论计算可得:
实际测量结果见表4。
此时U总测= U正测+ U负测= 303. 5 V+ 307. 1 V =610. 6 V≈611 V，与理论分析相符。
即使绝缘电阻与万用表内串电阻差别比较大，用双表法所测电压一样也比较大，也与理论分析相符。
4 结论
1)对于绝缘电阻符合要求的纯电动汽车，高压部件总正、总负极与车身之间存在电压，且实际电压之和就是总电压。
2)无论绝缘电阻是大还是小，采用单表法测量时干扰大，测量值与实际值差别大; 采用双表法测量时干扰小，测量值与实际值差别小。因此，在测纯电动车高压部件与车身电压时应采用双表法测量。
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