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浅谈纯电动商用车绝缘检测方法及故障分析

浏览次数：1901次   更新时间：2024-12-16 16:10:06

摘要：纯电动商用车的工作环境存在路况复杂、工况恶劣等情况，导致整车电气设备的磨损速率加快，造成电气设备绝缘电阻持续下降，如不及时处理，可能存在安全隐患或引发重大安全事故。文章从绝缘故障检测原理出发，分析和探讨一种绝缘检测定位技术的应用，将一套包括绝缘检测仪、电流发射器、电流互感器和绝缘故障定位仪组成的低压信号传输系统，连接并安装在整车的各组高压回路。通过该系统电流信号的实时传输，快速准确定位故障回路，锁定故障位置。此技术为售后市场绝缘故障车辆的排查提供一种快速、准确的解决方案。

关键词：纯电动汽车；商用车；绝缘检测；定位技术

1.引言

整车安装着一套绝缘监测及报警系统，该系统是通过整车电池管理系统的绝缘监测模块实时监控整车电器系统的绝缘阻值，当系统内的绝缘阻值低于预设阀值时，该模块向整车控制器上报绝缘故障，并通过仪表显示的方式发出声光报警。该系统仅能判断车辆存在绝缘故障，但无法锁定故障回路，通常需要专业技术人员使用万用表对整车所有电气回路逐一排查，整个检修过程需要花费大量时间，严重影响检修效率。

2纯电动商用车绝缘检测原理

纯电动商用车的高压系统框架主要由动力电池、电池管理系统、高压配电、电机控制系统以及高压辅助系统（电动转向油泵、电动空气压缩机、电动空调压缩机、汽车加热器）组成。这些核心部件通过串联或并联的方式构成一个且安全的系统。动力电池系统主要是通过Pack电池包串、并联的方式组成，以提供满足整车所需的电压和电量。电池管理系统主要是对Pack电池包进行实时监控，包括电压、电流、温度等参数的采集与处理，确保Pack电池包的安全运行，并在工作状态下合理分配动力电池系统内每组Pack电池包的电量消耗。高压配电系统主要是将电池管理系统输出的电能分配至电机控制系统及高压辅助系统，并根据高压设备的需要实现电压升高或降低，直流、交流的转换等功能。电机控制系统主要是对驱动电机进行控制，通过接收高压配电系统输出的高压直流电，将其转换为交流，驱动电机转动为车辆提供动力。高压辅助系统是通过串联或并联的方式连接各种高压设备，如电动转向油泵、电动空气压缩机、电动空调压缩机、汽车加热器等，实现整车转向、制动、空调、暖风等系统功能的实现。

这种框架构成关系使得纯电动汽车高压系统能够、安全地运行，为车辆提供稳定且可靠的动力支持。同时，电池管理系统对整个系统的监控和保护也确保了车辆在各种工况下的安全性和稳定性。

纯电动商用车的整车绝缘监测一般由BMS执行，通常的检测方法为电桥平衡法。当整车电器系统内的设备、附件或线束发生绝缘、短路等故障时，BMS的绝缘监测模块会通过对接触器触点和相关控制接触器闭合的有效指令进行综合判定，向VCU上报绝缘故障，并通过仪表显示的方式发出声光报警以提示驾驶员，严重故障则通过整车控制器下发整车下电或停车的指令。

3绝缘检测定位技术

绝缘检测定位系统主要包括绝缘检测仪、电流互感器和绝缘故障定位仪组成的信号传输系统，其工作原理是绝缘检测仪与整车控制器连接，通过整车控制器实时读取BMS内绝缘检测模块向整车控制器发送的绝缘阻值；当绝缘检测仪读取的整车绝缘阻值低于预设阀值时，绝缘监视仪报警，并通过其内部附带的定位电流发射器向电流互感器发射测试电流信号；此测试电流信号再反馈给绝缘故障定位仪，故障定位仪实时显示各支路电流互感器反馈的电流信号，通过电流信号显示，可以快速锁定绝缘故障支路即电流互感器电流信号异常所在的支路。电流互感器所反馈的异常电流信号，通常存在以下两种情况：

1. 导通电流。由于车辆电气系统中的绝缘材料老化、损坏或制造工艺问题导致的绝缘性能下降，通常会导致车辆电气系统出现漏电或短路等问题。在这种情况下，电流可能会变大，因为漏电或短路会导致电流不经过负载而直接流回电源，形成无效电流。
2. 导通电流减小。由于车辆电气系统中的绝缘材料受到振动、摩擦、高温等因素的影响，导致绝缘性能下降。在这种情况下，电流可能会变小，因为绝缘性能下降可能导致电路中的电阻增加，从而限制电流的通过。

因此，绝缘故障的产生势必会导致绝缘故障点位处的电流发生变化，使用绝缘定位检测系统中的电流互感器可实时监测整车各高压支路中的电流信号大小，通过比较回路电流与初始设定的电流大小，从而找出绝缘故障回路，锁定故障位置。各部件的工作原理如下：

1. 绝缘监视仪。每个中性点不接地系统在线检测被测系统的对地阻值，当阻值低于预设的阈值，绝缘监视仪报警并发射定位电流，触发绝缘故障定位仪工作。
2. 绝缘故障定位仪。一个绝缘故障定位仪可以检测多个测量通道，当绝缘监视仪报警后触发工作，配合电流互感器找出绝缘故障回路。
3. 电流互感器。安装到待检测支路，与绝缘故障定位仪配合找出故障回路，主要根据被监测线缆的外径选择电流互感器规格。

4应用案例分析

国内某品牌纯电动载货车是2022年生产，累计行驶里程超过2万公里。车主反馈，在车辆运行过程中多次偶发仪表盘绝缘故障报警和维修提示灯亮起，但未出现车辆限功率、限速以及强制下电停车的情况；经车主尝试钥匙重复上电、断电操作，故障报警灯和维修提示灯自行消失，车辆正常运行一段时间后该现象又偶然出现。

专业技术人员到达现场后，启动车辆后，仪表的绝缘故障报警和维修提示灯亮，反应该车辆确实存在绝缘故障，且说明整车BMS的绝缘检测模块正常工作。车辆原地怠速一段时间后，仪表的绝缘故障报警和维修提升灯自行消失，说明此辆车存在的绝缘故障为动态故障。

若采用常规的绝缘故障检测和排查手段，需要售后维修人员逐一拆装每个高压回路，并数次启断电源，从而找出故障回路，且动态故障可能因车辆静止停放或断电后重启无法再现，造成整个售后维修时间长、效率低。

针对此类动态故障，决定采用绝缘检测定位技术进行故障排查。整车熄火，关闭蓄电池电源，拔掉BMS的手动维修开关（ManualServiceDisconnect,MSD），等待5min后，测试母线电压≤5V。将绝缘检测仪与整车控制器连接，按照整车高压回路数量，将电流互感器依次卡套并固定在每个回路上，连接绝缘检测仪、电流互感器和绝缘故障定位仪构成电流信号传输回路。

在BMS中装配MSD后，车辆启动并上高压，开始路试测试。车辆运行20min时，仪表绝缘故障灯亮起，同时与整车控制器连接的绝缘监视仪报警，观察绝缘故障定位仪上显示各支路的电流信号，发现装配在电机控制器回路的电流互感器反馈电流信号异常，即锁定绝缘故障点位于电机控制器回路。

锁定绝缘故障点后，将车辆开至安全位置停车系统，关闭蓄电池电源，拔掉BMS的MSD后，等待5min，测试母线电压≤5V。翻起驾驶室，观察电机控制器回路的高低压线束，发现低压线束绝缘皮磨损破裂，内部线束部分裸露，呈现发黑现象，故判断电机控制器低压线束绝缘失效。车辆在运行过程中经过不平整路面或石子等造成车辆运动时发生轻微的晃动、振动或跳动，导致线束发生相对位移，从而使得线束破损处与金属支架短时间的触碰短接而引发绝缘故障，因此也造成此绝缘故障时有时无。

5安科瑞充电桩收费运营云平台解决方案

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充电柱收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的电动电动自行车充电站以及各个充电整法行不间断地数据采集和监控，实时监控充电桩运行状态，进行充电服务、支付管理，交易结算，资要管理、电能管理，明细查询等。同时对充电机过温保护、漏电、充电机输入/输出过压，欠压，绝缘低各类故障进行预警；充电桩支持以太网、4G或WIFI等方式接入互联网，用户通过微信、支付宝，云闪付扫码充电。

5.2应用场所

适用于民用建筑、一般工业建筑、居住小区、实业单位、商业综合体、学校、园区等充电桩模式的充电基础设施设计。

5.3系统结构

系统分为四层：

1）即数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。

2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。

3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。

4）数据层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。

5）应客户端层：系统管理员可在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡扫码的方式启动充电。

小区充电平台功能主要涵盖充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。

5.4安科瑞充电桩云平台系统功能

5.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站点分布情况，对设备状态、设备使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等进行统计显示，同时可查看每个站点的站点信息、充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等。统一管理小区充电桩，查看设备使用率，合理分配资源。

5.4.2实时监控

实时监视充电设施运行状况，主要包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压电流，充电桩告警信息等。

5.4.3交易管理

平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、退款、冻结、注销等操作，可查看小区用户每日的充电交易详细信息。

5.4.4故障管理

设备自动上报故障信息，平台管理人员可通过平台查看故障信息并进行派发处理，同时运维人员可通过运维APP收取故障推送，运维人员在运维工作完成后将结果上报。充电用户也可通过充电小程序反馈现场问题。

5.4.5统计分析

通过系统平台，从充电站点、充电设施、、充电时间、充电方式等不同角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。

5.4.6基础数据管理

在系统平台建立运营商户，运营商可建立和管理其运营所需站点和充电设施，维护充电设施信息、价格策略、折扣、优惠活动，同时可管理在线卡用户充值、冻结和解绑。

5.4.7运维APP

面向运维人员使用，可以对站点和充电桩进行管理、能够进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况、查询充电\充值情况，进行远程参数设置，同时可接收故障推送

5.4.8充电小程序

面向充电用户使用，可查看附近空闲设备，主要包含扫码充电、账户充值，充电卡绑定、交易查询、故障申诉等功能。

5.5系统硬件配置

6结论

绝缘性能要求是纯电动商用车电气安全技术的关键，与车辆安全运行、驾乘人员生命安全息息相关。根据绝缘故障分类，分析绝缘检测原理，研究一种更为、准确判断整车动态绝缘故障的方法，即通过应用绝缘定位检测技术来检测和定位故障位置，取代常规的通过售后维修人员逐一闭断每个高压回路、检测每根高压线缆的繁琐工作，节约售后维修成本，缩短售后维修时间。

当整车动态绝缘故障出现且绝缘阻值低于绝缘检测仪的预设阀值时，触发绝缘检测仪报警并发射电流向各高压回路中的电流互感器，电流互感器实时反馈电流大小至绝缘故障定位仪，通过绝缘故障定位仪上显示出现问题的电流互感器支路，快速锁定绝缘问题所在。

通过实际案例的分析及应用，进一步论述绝缘定位检测技术在纯电动汽车绝缘检测方法所具备的优势。