在電動汽車新一輪的革命熱潮中，電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化一直作為各廠商推陳出新的賣點。每個人對好車的定義不一樣，但不可否認的基礎(chǔ)是——好車首先得足夠安全。

比如汽車碰撞，如何獲得相關(guān)機構(gòu)全五星安全性評級一直是各廠商努力的聚焦點之一，獲得碰撞安全的車一般都能獲得顧客的信賴，也會對汽車的銷量產(chǎn)生積極正面的影響，如Tesla Model S獲得了NHTSA史上最高分5.4分，也創(chuàng)造了一個全新的記錄，對Model S后來得到用戶的認可和好評功不可沒。

圖1 各NCAP機構(gòu)示意圖

電動汽車的誕生就一直伴隨著消費者的疑問，電動汽車涉水安全嗎？、電動汽車碰撞后會觸電嗎？等等，諸如此類問題思考的背后折射出人們對于安全出行的強烈意愿。針對EV/HEV安全，中國新車評價規(guī)程C-NCAP（China-New Car Assessment Program）2018年新規(guī)率先將電安全納入了評分方案。

在2018版C-NCAP中，關(guān)于EV/HEV防觸電保護評測，其中，REESS（車載可充電儲能系統(tǒng)）端高壓母線與電底盤間絕緣電阻≥100Ω/V作為基本評測條款，而電力系統(tǒng)負載端絕緣電阻滿足相關(guān)要求作為碰撞后車輛電安全評測選項條款之一。

EV/HEV絕緣故障監(jiān)測

國內(nèi)外電動汽車安全要求，是以高壓電池系統(tǒng)防護為中心，按系統(tǒng)架構(gòu)，進而到電機電控等，衍生出相關(guān)標準條款。整車安全規(guī)范則主要囊括了包括電氣、機械、化學和功能安全。

圖2 EV/HEV相關(guān)安全標準

絕緣性能作為EV/HEV電氣安全設(shè)計的其中一項要求，在GB/T18384-2015中B級電壓（＞60VDC或＞30VAC）系統(tǒng)絕緣電阻說明要求的基礎(chǔ)上，在2018年1月GB《電動汽車安全要求》強制標準征求稿中對于絕緣警示作了進一步說明，參照GB7258-2017相關(guān)條例措施，強制要求具有絕緣電阻監(jiān)測，在整車絕緣電阻低于規(guī)定要求時，應(yīng)通過一個明顯的信號（例如：聲或光信號）裝置提醒駕駛?cè)恕?/p>

另外，GB/T32960.3-2016《電動汽車遠程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第3部分整車數(shù)據(jù)，要求上報整車的絕緣電阻值數(shù)據(jù)到遠程監(jiān)測平臺，以便監(jiān)控管理及救援。

圖3 絕緣監(jiān)測裝置接線示意圖

絕緣監(jiān)測裝置設(shè)計/選擇

雖然電動汽車安全要求強標中已明確整車高壓系統(tǒng)需附加絕緣監(jiān)測裝置（IMD，Insulation monitoring device），但是并未規(guī)定何種絕緣監(jiān)測裝置設(shè)計才是符合要求的。

總體而言，絕緣監(jiān)測裝置需暴露在電噪聲的環(huán)境中穩(wěn)定可靠的運行。目前，國內(nèi)外絕緣監(jiān)測裝置工作模型一般采用電橋平衡法、信號注入法、電壓法及其他衍生電路方案。IDM設(shè)計與選型時基于“擇優(yōu)而定”原則，從整車系統(tǒng)需求出發(fā)分解各方案對系統(tǒng)的適用性，以此評估供應(yīng)商或方案優(yōu)勢。

圖4 IDM設(shè)計選型因素占比示意圖

評價IDM設(shè)計選型方案，基于上圖所示，可作要點評估，以期最優(yōu)化選擇。對于整車系統(tǒng)而言，IDM對高壓平臺的兼容性、測試響應(yīng)時間、工作可靠性以及診斷時效性尤為重要。

關(guān)于設(shè)計選型因素評估說明舉例：

1）在EV/HEV電氣平臺化架構(gòu)推進下，不同系統(tǒng)/部件總配置變化，IDM硬件無法具有適配性，則產(chǎn)品就嚴重缺乏模塊化的條件；

2）診斷電路對真實故障條件的響應(yīng)時間是設(shè)計IDM時需要考慮的關(guān)鍵參數(shù)之一，如某些信號注入方案，脈沖信號會受到Y(jié)電容的RC充電特性影響，需要設(shè)置足夠的固定時間，以此來避免Y電容對絕緣檢測的影響，而過長的檢測時間對及時響應(yīng)故障處理不利。

3）IDM可診斷任何線路，包含AC線路（車載DCAC并不隔離設(shè)計），和底盤接地之間的泄露故障，但若IDM無法測量AC端接地故障，則整車系統(tǒng)可額外附加用于AC線路的絕緣監(jiān)測功能，比如MCU控制器增設(shè)接地故障診斷。

另外，建立測試用例，檢測IDM實際情況，這也是系統(tǒng)驗證的一種有效途徑。

絕緣電阻閾值設(shè)定

絕緣電阻，即絕緣介質(zhì)所具有的電阻值，是衡量介質(zhì)絕緣性能好壞的物理量。針對B級電壓系統(tǒng)的絕緣性能要求，電動汽車安全相關(guān)標準（如ISO6469、GB/T18384等）均作了相關(guān)定義。

由于人體的交/直流電壓安全閾值不同，非傳導連接的高壓電路在工作電壓下絕緣電阻最小值要求也有所不同。

根據(jù)《IEC60147-1電流對人和家畜的效應(yīng)指南 第1部分：通用部分》說明，人體無害過流能力電流要求＜10mA（DC）或＜2mA（AC），對應(yīng)絕緣電阻需＞100Ω/V或＞500Ω/V。

圖5 絕緣電阻阻值要求含義（數(shù)據(jù)來源：IEC60479-1 Effects of current on humanbeings and livestock）

值得注意的是，當高壓系統(tǒng)回路同時具備交直流帶電部分，在對AC電路進行雙重或加強絕緣后，絕緣電阻可按＞100Ω/V要求執(zhí)行，此點GB/T18384.3-2015（ISO6469）、SAE J2344-2010等安全要求標準均有說明。

◆ DC電路：＞100Ω/V

◆ AC電路：＞500Ω/V

◆ DC&AC電路：＞500或者100Ω/V

圖6 DC&AC混合電路絕緣電阻要求

針對燃料電池電動汽車的特殊考慮，此次在GB《電動汽車安全標準》征求意見稿中，對于交流回路增加有附加防護的情況，絕緣電阻以100Ω/V設(shè)計予以了特別說明。

有關(guān)電動汽車高壓零部件電氣安全相關(guān)標準包括GB/T31467-2015、GB/T18488-2015及GB/T24347-2009、GBT/20234-2015等。實際上，整車“三電”高壓系統(tǒng)包含多個部件，為避免系統(tǒng)絕緣總阻抗低于100Ω/V（或500Ω/V）要求，整車絕緣強度指標設(shè)定需高于國標要求，而各系統(tǒng)部件的絕緣強度應(yīng)高于整車一個等級。

另外，由于絕緣監(jiān)測電路存在對高壓系統(tǒng)的附加影響，需要系統(tǒng)評估該監(jiān)測電路工作或非工作狀態(tài)下對于整車絕緣性能的影響。IDM在其絕緣電阻監(jiān)測寬度范圍內(nèi)存在誤差（IDM，非精準的測量儀器），因此絕緣電阻安全閾值的設(shè)置也需適當考慮絕緣檢測精度。

IDM系統(tǒng)應(yīng)用

1）正確理解IDM功能

EV/HEV含有危險的電壓或電流等級，在某些超出正常操作范圍之外的條件或事件下，電隔離保護作用會被弱化，此時，通過IDM對電隔離的弱化或隔離損失進行探測，進而可采取措施緩解這種弱化或減少（&避免）因弱化帶來的危害。

整車電氣安全作為一項重要的系統(tǒng)工程，IDM僅作為絕緣失效警示裝置，即無法阻止故障的發(fā)生。如設(shè)計時總是理想化將電池視為一個整體，但實際中，如商用車電池系統(tǒng)，較容易出現(xiàn)電池內(nèi)局部短路情況，此時，IDM絕緣報警，但無法避免因電池短路引起的熱失控（如火災(zāi)）。

2）全生命周期的絕緣設(shè)計

關(guān)于安全，不存在無緣由的風險。如材料在長時間使用下老化，絕緣降級，雖未體現(xiàn)在法規(guī)要求下，但整車廠需貫穿整個壽命周期和使用場景對各個環(huán)節(jié)進行考慮。更進一步而言，在做整車電安全驗證測試時，建議在最嚴酷的條件下展開。

圖7 絕緣失效分類

3）IDM整車系統(tǒng)布置

結(jié)合相關(guān)整車廠家及供應(yīng)商的專利說明，在IDM設(shè)計過程中，主要解決如何定位故障點、如何判斷絕緣故障正負極性、如何解決雜散電容對監(jiān)測帶來的影響、如何校核IDM是否失效問題等等。

目前國內(nèi)，普遍通過集成方式（如BMS）將IDM布局于高壓網(wǎng)絡(luò)，并進一步將相關(guān)電路（如電壓檢測）功能復用。不論是基于成本，亦或是出于功能安全考慮，IDM作為重要的電氣安全設(shè)計措施之一，獨立模塊布置或集成設(shè)計，均需要考慮IDM失效時的系統(tǒng)措施以及作為B級電壓部件的安全考慮。

另外，GB/T18487.1-2015規(guī)定直流充電時，充電機需具備絕緣監(jiān)測，則要求車輛IDM和充電機的絕緣監(jiān)測系統(tǒng)需相互協(xié)調(diào)配合，分時控制，避免充電時相互影響，導致誤報警。

【總結(jié)】

整車絕緣電阻不僅僅是一個動態(tài)量值，同時也是一種衡量高壓系統(tǒng)受破壞程度的維度，配置IDM對于電氣安全設(shè)計至關(guān)重要，作為整車層面不能繞開的系統(tǒng)關(guān)注點，需要審慎設(shè)計與選擇，以期達到最優(yōu)化方案。

返回第一電動網(wǎng)首頁 >