【干货】新能源汽车绝缘电阻检测原理

lixinfu

绝缘电阻指的是高压系统对车体的电阻大小，代表着高压零部件绝缘性能的优劣。

高压零部件在生产设计时均会与车体进行绝缘隔离，但由于汽车使用环境比较复杂，存在高温、高湿、腐蚀、振动、磕碰等因素影响，导致高压零部件绝缘性能下降甚至失效，导致车体带电，严重时会出现高压正负极短路，引发车辆故障、人员伤害，甚至车辆起火等安全事故。为避免以上风险，需要实时检测高压系统绝缘电阻变化，发现异常时及时切断高压系统，并通知驾驶员车辆故障状态。

在GB 18384-2020《电动汽车安全要求》中对电动汽车绝缘电阻性能和绝缘电阻检测功能也有明确要求。





常用的绝缘电阻检测方法有不平衡电桥法和低频信号注入法。

【不平衡电桥法】：

不平衡电桥法属于无源监测。通过MOS管开关主动控制并入已知阻值的偏置电阻实现电压的偏移变化，然后检测变化后的电压，计算得到绝缘电阻值。下图为不平衡电桥法进行绝缘电阻检测的原理图（除R+、R-外，其他电阻均为已知阻值的电阻，R1、R2为偏置电阻）



正负极电阻计算方法：



如何提高不平衡电桥法绝缘电阻检测精度？

（1）选用精度高、温度偏移小、阻值合适的偏置电阻。检测精度与偏置电阻和待测电阻的比值有直接关系，当偏置电阻远小于绝缘电阻时，检测误差最小，但是过低的偏置电阻会导致整车高压系统绝缘电阻显著降低，带来额外失效风险，因此偏置电阻的大小一般选择在MΩ级别。

（2）提高电压检测精度。可以通过增加滤波电路，采用高分辨率AD电路等在电路方面进行提升。另外可以通过合理设计分压电路，使得被测电压数值越大，电压的误差就越小。

（3）优化软件算法，确保检测电压稳定。由于高压回路中存在电容，接入偏置电阻后，检测电 压需要较长的时间才能达到新的稳定值，若检查电压未稳定时进行绝缘电阻计算，会产生较大误差。可以在软件中增加时间滤波、电压比对等方法，确保检查电压稳定后再进行绝缘电阻计算。

【低频信号注入法】：

低频信号注入法属于有源监测。通过向高压系统中注入一个已知的低频交流信号，幅值一般在十几伏到几十伏。根据测量信号的踪迹，获得高压系统与车体直接的绝缘电阻阻值。

如下工作原理示意图所示，低频信号源产生一个正负对称的方波信号，通过L+/L-和KE/E端子构成测量回路，对测量回路中的电阻Rm两端的电压进行采样、运算，可以得出绝缘电阻的大小；通过采集高压回路A、B两端电压Un，计算得出高压系统电压值,计算得出绝缘电阻。



如下图所示搭建绝缘检测原理模型，其中，Up、Un 分别为高压直流母线的正极电压和负极电压，R+,R-分别为高压直流母线对车体的绝缘电阻;R1,R2,R3为测试回路用电阻，用于对绝缘电阻的测量; Ui为正负交变的直流电压信号，是测试回路的激励源。







【不平衡电桥法和低频信号注入法对比】：

检测方法	监测类型	检测速度	检测结果	成本	电路设计
不平衡电桥法	无源监测。不能检测动力电池开路状态时的绝缘性能	慢	可得到正负极绝缘电阻的具体阻值	低	简单
低频信号注入法	有源监测。可检测动力电池开路状态时的绝缘性能	快	无法得到正负极绝缘电阻的具体阻值	高	复杂