电力电子
• Power Electronics
230 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering
1 前言
纯电动汽车或复合动力电动汽车采用动力电池作为系统的动力来源。根据不同的类型，电动汽车中动力电池的电压等级从144V 至576V 。动力电池通过高压保证在提供满足需求的功率输出的同时，降低高压用电设备如电动机的工作电流，以降低线损和相关高压设备的线缆直径要求。电动汽车是一个复杂的机电一体化设备，由于其经常运行于公共生活和工作环境中，恶劣的使用工况容易造成高压动力电缆绝缘层的老化现象，造成其相对于电动汽车搭铁共地底盘的绝缘程度降低。一旦造成一点或多点接地，便可能会造成危机人身安全的触电事故，短路失火事故以及车辆失控等严重后果。
当前使用较多的绝缘电阻检测方法有辅助电源法和电流传感器法、双边不平衡桥检测法、单边不平衡桥法以及低频交流注入检测法，其中基于辅助电源法需要外加电源至母线与车体之间，操作复杂且需要额外的附加电源，电流传感器法只能在系统启动并且带载之后才可以做绝缘电阻检测，文献[5]中使用IGBT 作为开关管，并且采样误差高达7%，没有实现不平衡桥的自适应功能。低频交流注入检测法在绝缘状况下降时，会出现注入信号的泄露现象，造成对注入信号检测的不准确。
2 电动汽车绝缘检测原理与设计
电动汽车中高压母线绝缘电阻
绝缘电阻是用电阻这一物理量来描述绝缘体的导电性能，用来衡量介质绝缘性能的好坏，正常情况下绝缘电阻的阻值兆欧数量级。绝缘电阻越高，则绝缘体对外界的漏电流越小，系统的安全性就越高。电动汽车中整个车架和
基于不平衡电桥方法的电动汽车绝缘检测方法设计
文/吕洲
底盘是一个联通的导体，因此定义动力电池母线的绝缘电阻为正负母线对整车车体的等效电阻；而通过动力电池母线的绝缘性能来反映动力整车高压系统绝缘性能的好坏。电动汽车中高压供电回路示意
图如图1所示。高压供电回路中正负母线任意一点出现绝缘故障将导致整条母线出现绝缘故障，在检测绝缘电阻时需分别检测正母线对地的绝缘电阻和负母线对地的绝缘电阻。
电动汽车中绝缘电阻的要求
电动汽车的推荐国标《GBT 18384.1-2015 电动汽车安全要求》对绝缘电阻的要求，不同电压等级的动力电池组对应不同的绝缘电阻要求，如表1所示。在实际使用中，此绝缘告警等级应由整车厂根据整车实际情况配置。
系统设计目标
（1）可检测出10K 至500K 范围内的绝缘电阻。
（2）绝缘电阻的检测误差在全检测范围内应小于2%。
检测原理与实现
绝缘阻抗测试原理：利用不平衡桥电压法测量正负母线的等效对地阻抗，通过使用光电开关控制不平衡电阻加入绝缘电阻检测电路，可以有效检测出正负母线同时对地发生绝缘度
降低的工况，提高检测系统的检测精度。
自适应原理：系统在进行绝缘电阻计算之前，先通过对动力电池正负母线对车体底盘的电压差进行比较，通过电压差值确定开关不平衡桥的开关策略，以实现不平衡电阻加在绝缘状况相对较好的一侧，以提交系统的分压采样精度。
系统的等效模型如下图所示，其中正母线接动力电池的正极输出电缆，负母线接负极输出电缆，R +和R -为被测绝缘电阻，R 为不平衡桥电阻。定义正负母线的压差绝对值为U d 。
采样时采集母线负对地电压U n-和母线电压U m ，即可计算出母线正对地电压U p+，即：
U p+=U m -U n-
（1）
测量策略中包含三种情况：
北京现代途胜（1）母线正对地电压和母线负对地电压的压差在U d 以内，可近似认为系统正对地绝缘电阻和负对地绝缘电阻相差不大，采用二次开关检测方法，如图2所示。布加迪威龙最高速度
其中R 为400KΩ不平衡桥电阻，对正负母线各自接入一个；K+、K-为光继电器，通过程序控开关K+和K-的开关时序，当K+闭合K-断开时，可测正母线对地电压U p+
，当
K+断开K-闭合时，可测负母线对地电压
图1：电动汽车中高压供电回路示意
图2：绝缘检测系统示意图
Power Electronics •
电力电子
Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 231
<<；下转232页
U n-，正负母线电压为U m ，
根据电阻分压可做如下计算：
（2）
（2）正母线对地电压小于负母线对地电压且压差超过U d 时（即R+小于R-一定值），为了提高电压测量精度，可以闭合K -，采得母线负对地电压得到U n1-，母线正对地电压U p1+，同时当K +和K -同时断开时，测得母线负对地电压U n-，母线正对地电压U p+，可得公万向传动装置
式3。
（3）
（3）正母线对地电压大于负母线对地电压且压差超过U d 时（即R+小于R-一定值），为了提高电压测量精度，可以闭合K +，采得母线负对地电压得到U n1-，母线正对地电压U p1+，同时当K +和K -同时断开时，测得母线负对地电压U n-，母线正对地电压U p+，可得公式4。
表1：不同等级的电压对应的绝缘阻值要求微型车
混合动力汽车纯电动大巴绝缘要求138V （150V ）
336V （350V ）
540V （600V ）
100Ω/V 绝缘要求15K 40K 60K 500Ω/V 绝缘要求
75K
马自达改装200K
300K
表2：绝缘电阻测量数据及测量精度统计
万用表测量值（KΩ）
正对地最大误差（Ω）
正对地测量精度（%）
负对地最大误差（Ω）
负对地测量精度（%）
10.090132 1.31-87-0.8614.980162 1.08-71-0.4720.210219 1.081110.5529.8802420.811280.4346.
9203670.781650.3581.8505360.652460.30106.9307740.722280.21150.27010190.683350.22180.34012540.69-203-0.11220.30010420.47-665-0.30255.60012480.49-930-0.36302.30014840.49-1156-0.38371.60019130.51-1571-0.42439.300
2466
0.56
-1887
-0.43
注：
内饰改最大误差 = 最大或最小计算值 – 万用表测量值
测量精度 = 计算值与万用表测量值的测量误差 / 万用表测量值
（4）
实际电路中，可能存在常连接的平衡桥正负母线对地电阻，本系统中使用500K 电阻（设母线正对地
常连接电阻为R p ，母线负对地长简介电阻为R n ），此时的R +和R -可以看做是常连接的平衡桥电阻与外部实际绝缘电阻的并联电阻。可进一步求出实际的正负母线对地绝缘电阻，如下公式所示5
所示：
图3：正母线对地误差统计曲线
图4：负母线对地误差统计曲线
电力电子
• Power Electronics
232 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering
【关键词】电池管理系统 QFD 质量屋
东风本田 思域1 引言
QFD 方法是一种高效，针对性强的科学性分析办法，它的突出特点是，能把客户抽象的需求和想法转变成详细、具体的说明，能够让开发人员以此为标准来设计具体的产品。A 公司主营业务为纯电动汽车、中大型储能等动力锂电池管理系统（简称“BMS ”）的产品开发、生产、销售和服务，关键技术目前已经达到业内技术领先的同等水平。
2 A公司QFD的分析过程
基于QFD 的锂电池管理系统开发质量管理应用
文/何波
2.1 收集客户需求
A 公司在产品设计之初就收集主机厂对BMS 锂电池管理系统的开发要求，在已进行的项目合作或技术交流保持良好沟通，根据客户的技术要求和提供的技术资料制定方案书。从客户实际项目的生产、调试、测试反馈信息获得对A 公司产品的评价；还通过客户调查问卷的形式获取BMS 开发指标信息，公司根据以往项目经验和客户需求制定客户需求调查表，通过种种途径，A 公司将各种客户端信息汇总成产品开发需求指标。2.2 需求排序
主机厂每个项目对电池系统的功能、策略需求不一样，以及对同一功能侧重点也不一样。比如，电池系统的加热功能，在广东地区来说很少用到的可选配置，但是到了北方就是必须要有的配置，因为锂电池在低温下容量会发生衰减，直接影响车辆的续航里程。同时，一般在气温零摄氏度以下，电池充电效率低，而且强制低温充电会影响电池的使用寿命，所以，在北方冬天的情况下就必须具备电池系统加热功能，所以同一产品在不同的客户面前重要程度是不一样的。那么我们怎么就需要将大量需求信息，按照相对是否重要的程度进行重
要性排序。通过排序，A 公司可以罗列出顾客认为最看重和最不看重的需求，有了这些重要的需求信息后，开发者和市场调研人员都可以避免根据自己的喜好而进行产品定位和开发。相对重要程度排序，其实质是定量分析的过程，借用科学层次的分析方法来评估相对重要的权重，最后再根据所得到的权重值进行重要程度排序。用确切的数字来反应顾客对BMS 功能需求的需求程度。我们定义如下：最迫切的需求是1，重要程度按2，3，4，5……依次减弱。关于BMS 产品各项功能需求的重要性通过如下步骤体现：
（1）明确BMS 产品功能重要性要点。将评估目标“信息获取”分为总电压获取、总电流获取、单体电压获取、温度获取、绝缘电阻检测和SOC 估算六个分目标；
（2）同时不同功能指标进行重要程度计算。经过对顾客的产品功能要求收集，引用西蒂的方法(如表1)
把不同功能在总功能要求的前提下，进行一一比较：“总电压采集”与“总电流采集”相比，指标“总电压采样”相对重要程度“基本重要”，取a21 = 5；而“总电流采集”与“总电压采集”相比，“总电流采集“相对重要程度取值a12 = 1/5，以此类推，得出六个分目标的判断矩阵（见表2）。
矩阵表建立完成后，接下来进行一致性
（5）
本系统按照上述检测原理对系统的两个光继电器开关进行控制，同时采样母线负对地电压和母线电压，带入公式3和公式4、5，即实现对外加绝缘电阻的计算。
3 系统测试
本系统目前已集成于广州港科大技术有限公司自主研发的动力电池BMS 系统，本系统在上述BMS 动力电池检测试验台上进行了不同等级的绝缘电阻的测试。测试所使用高压电源是车用32650动力锂电池组，输出电压为220V ，在电源正、负极与模拟底盘之间连接不同阻值的电阻，以模拟待测的绝缘电阻。通过对不同工况的模拟测试，获得测试数据如下。3.1 测试结果统计
如表2所示。
3.2 测试精度曲线
如图3、图4所示。
4 结论
本文针对当前电动汽车绝缘检测技术存在的不足，改进并设计了一种基于双边不平衡桥的电动汽车高精度绝缘检测系统。经过测试，本系统可运行于不同的模拟运行工况下如加速、减速、平稳运行以及停车，在线绝缘电阻检测系统均可实时准确的检测出实际的外加绝缘电阻，并且系统可可靠稳定工作，测量误差在±2%以内，满足设计要求。本系统目前已成功应用于由广州港科大技术有限公司设计的电动汽车动力电池组BMS 管理系统，在实际使用和测试中工作稳定，测量结果准确，满足了电动汽车动力电池高压绝缘检测的需求。
参考文献
[1]黄勇，陈全世，陈伏虎.电动汽车电气
绝缘检测方法的研究[J].现代制造工程,2005,27(04):93-95.
<<；上接231页
[2]张锐，张维戈，文峰.一种电动
汽车绝缘性能的测量[J].应用天地,2007,26(10):62-64
[3]吴振军，王丽芳.电动汽车智能在
线绝缘检测装置研究[J].低压电
器,2009,50(05):20-22.
[4]杨为，谢永芳，胡志坤.高压动力电池组
绝缘性能的实时监测研究[J].计算技术与自动化,2015,34(03):55-59.
[5]郭宏榆，姜久春，温家鹏，王嘉悦.新型
电动汽车绝缘检测方法研究[J].电子测量与仪器学报,2011,25(03):253-257.
作者简介
吕洲（1986-），男，广东省深圳市人。硕士学位。工程师。主要研究方向为锂电池管理系统与成组技术。
作者单位
广州港科大技术有限公司 广东省广州市 510000
发布评论