新能源汽车绝缘检测原理

目前主流的绝缘检测方法有两种，电桥法和交流注入法，但是这个功能是通过电池管理系统BMS来实现的。电桥法又称被动检测法，主要是由于电压较高才可以进行绝缘检测。交流注入法又叫主动检测法，因为只有12V铅酸通电才能完成绝缘检测功能。关于绝缘检测的专利有很多，但大部分都是基于以上两种方法的演化和优化。大致总结如下(如有不妥，欢迎大家讨论，更欢迎大家批评指正):

打开百度APP看更多高清图片。

桥梁法的重点和难点解读:

(一)电桥法的检测原理

电桥法的工作原理是BMS通过检测高压正极和高压负极之间的分压变化来计算正极/车体和负极/车体的绝缘电阻。检测原理如下:

1.合上开关S1和开关S2:BMS检测V1电压，V2；

2.闭合开关S1，打开开关S2:BMS检测v 1’的电压；

3.断开开关S1，闭合开关S2:BMS检测V2的电压；

4.根据以上三步，已知电池的总电压U和正负桥臂的分压电阻及其比值，可以列出三个方程U=aV1+bV2。

5.根据这个方程解方程，可以得到正极/外壳的电阻值=Rp，负极/外壳的电阻值=Rn。

两个电阻值就是我们平时在整车上读到的绝缘值，以上就是电桥法的检测原理。

(二)桥梁法的设计难点

电桥法的稳定性和可靠性需要重点关注以下几点(以上四个电压值V1，V2，V1 '，V2 '以下统称V1，V2，欢迎补充讨论):

1.分压比和ADC的选择:

为了兼顾成本，绝缘检测会牺牲一些精度(用12位ADC采样，甚至直接用单片机内部的ADC采样)。此时，需要选择电阻的分压比(R1/R2或R4/R3)。

电阻分压比过大，采样分辨率不够，无法达到高精度；

电阻分压比过小时，采样超量程，无法采样整个电压范围。

2.寄生电容的影响:

众所周知，整车上寄生电容的实际存在(一般在几百纳法的量级，有的比这个量级大很多)。

因为寄生电容会导致V1，所以V2的电压值稳定需要一段时间，这个时候会出现几个问题:

BMS无法准确判断V1的稳定采样点，V2电压，以及V1，V2的电压由于电容电压不稳定或电容泄漏，不是真正的分压，所以计算出的绝缘值不准确，这也是前几年部分车绝缘不稳定的主要原因之一，现在已经好很多了；

BMS等待电压稳定时间较长，导致绝缘检测时间较长，可能不符合FTTI在功能安全方面的时间要求；

寄生电容的值会随着天气和车辆的老化而变化。此时要保证设计仍然满足前期的采样精度和时间目标，对算法的稳定性和适应性提出了更高的要求，要考虑主要的硬件电路和软件滤波。

3.电压V1和V2实时采样同步的影响。

理论上，V1和V2的实时性越高，绝缘采样的准确性和稳定性越好。可惜这只是理论，显然不能完全同步。为了便于理解，我将假设一个非常极端的实车工况来说明同步实时性能的影响:

第一阶段:在陡坡上猛踩油门。此时BMS刚好检测到步骤2的v 1’；

第二阶段:猛踩刹车踏板下陡坡，此时BMS刚好检测到第三步的V2；

可以先想想这个场景，以及它对绝缘检测的影响。当您踩下油门踏板时，电池组会释放大量外部电流。由于锂电池的DCR+极化内阻，电池组的高电压会急剧下降(由电流决定，一般为50~100V，电池实际输出电压为350V为400V电压)。当踩下制动踏板时，由于整车制动能量回收，电池组的高电压会瞬间升高到450V，以大电流给电池组充电。那么问题来了。V1 '用350V分压检测，V2 '用450V分压检测。用这组电压计算绝缘不合适，但绝缘值误差较大。最严重的情况下可能会出现绝缘的误报和遗漏，导致整车相应的故障策略。