淺談純電動商用車絕緣檢測方法及故障分析

安科瑞 陳聰

摘要：純電動商用車的工作環(huán)境存在路況復(fù)雜、工況惡劣等情況，導(dǎo)致整車電氣設(shè)備的磨損速率加快，造成電氣設(shè)備絕緣電阻持續(xù)下降，如不及時處理，可能存在安全隱患或引發(fā)重大安全事故。文章從絕緣故障檢測原理出發(fā)，分析和探討一種絕緣檢測定位技術(shù)的應(yīng)用，將一套包括絕緣檢測儀、電流發(fā)射器、電流互感器和絕緣故障定位儀組成的低壓信號傳輸系統(tǒng)，連接并安裝在整車的各組高壓回路。通過該系統(tǒng)電流信號的實時傳輸，快速準(zhǔn)確定位故障回路，鎖定故障位置。此技術(shù)為售后市場絕緣故障車輛的排查提供一種快速、準(zhǔn)確的解決方案。

關(guān)鍵詞：純電動汽車；商用車；絕緣檢測；定位技術(shù)

1.引言

整車安裝著一套絕緣監(jiān)測及報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過整車電池管理系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測模塊實時監(jiān)控整車電器系統(tǒng)的絕緣阻值，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的絕緣阻值低于預(yù)設(shè)閥值時，該模塊向整車控制器上報絕緣故障，并通過儀表顯示的方式發(fā)出聲光報警。該系統(tǒng)僅能判斷車輛存在絕緣故障，但無法鎖定故障回路，通常需要專業(yè)技術(shù)人員使用萬用表對整車所有電氣回路逐一排查，整個檢修過程需要花費(fèi)大量時間，嚴(yán)重影響檢修效率。

2純電動商用車絕緣檢測原理

純電動商用車的高壓系統(tǒng)框架主要由動力電池、電池管理系統(tǒng)、高壓配電、電機(jī)控制系統(tǒng)以及高壓輔助系統(tǒng)（電動轉(zhuǎn)向油泵、電動空氣壓縮機(jī)、電動空調(diào)壓縮機(jī)、汽車加熱器）組成。這些核心部件通過串聯(lián)或并聯(lián)的方式構(gòu)成一個且安全的系統(tǒng)。動力電池系統(tǒng)主要是通過Pack電池包串、并聯(lián)的方式組成，以提供滿足整車所需的電壓和電量。電池管理系統(tǒng)主要是對Pack電池包進(jìn)行實時監(jiān)控，包括電壓、電流、溫度等參數(shù)的采集與處理，確保Pack電池包的安全運(yùn)行，并在工作狀態(tài)下合理分配動力電池系統(tǒng)內(nèi)每組Pack電池包的電量消耗。高壓配電系統(tǒng)主要是將電池管理系統(tǒng)輸出的電能分配至電機(jī)控制系統(tǒng)及高壓輔助系統(tǒng)，并根據(jù)高壓設(shè)備的需要實現(xiàn)電壓升高或降低，直流、交流的轉(zhuǎn)換等功能。電機(jī)控制系統(tǒng)主要是對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行控制，通過接收高壓配電系統(tǒng)輸出的高壓直流電，將其轉(zhuǎn)換為交流，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動為車輛提供動力。高壓輔助系統(tǒng)是通過串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接各種高壓設(shè)備，如電動轉(zhuǎn)向油泵、電動空氣壓縮機(jī)、電動空調(diào)壓縮機(jī)、汽車加熱器等，實現(xiàn)整車轉(zhuǎn)向、制動、空調(diào)、暖風(fēng)等系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。

這種框架構(gòu)成關(guān)系使得純電動汽車高壓系統(tǒng)能夠、安全地運(yùn)行，為車輛提供穩(wěn)定且可靠的動力支持。同時，電池管理系統(tǒng)對整個系統(tǒng)的監(jiān)控和保護(hù)也確保了車輛在各種工況下的安全性和穩(wěn)定性。

純電動商用車的整車絕緣監(jiān)測一般由BMS執(zhí)行，通常的檢測方法為電橋平衡法。當(dāng)整車電器系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備、附件或線束發(fā)生絕緣、短路等故障時，BMS的絕緣監(jiān)測模塊會通過對接觸器觸點(diǎn)和相關(guān)控制接觸器閉合的有效指令進(jìn)行綜合判定，向VCU上報絕緣故障，并通過儀表顯示的方式發(fā)出聲光報警以提示駕駛員，嚴(yán)重故障則通過整車控制器下發(fā)整車下電或停車的指令。

3絕緣檢測定位技術(shù)

絕緣檢測定位系統(tǒng)主要包括絕緣檢測儀、電流互感器和絕緣故障定位儀組成的信號傳輸系統(tǒng)，其工作原理是絕緣檢測儀與整車控制器連接，通過整車控制器實時讀取BMS內(nèi)絕緣檢測模塊向整車控制器發(fā)送的絕緣阻值；當(dāng)絕緣檢測儀讀取的整車絕緣阻值低于預(yù)設(shè)閥值時，絕緣監(jiān)視儀報警，并通過其內(nèi)部附帶的定位電流發(fā)射器向電流互感器發(fā)射測試電流信號；此測試電流信號再反饋給絕緣故障定位儀，故障定位儀實時顯示各支路電流互感器反饋的電流信號，通過電流信號顯示，可以快速鎖定絕緣故障支路即電流互感器電流信號異常所在的支路。電流互感器所反饋的異常電流信號，通常存在以下兩種情況：

1. 導(dǎo)通電流。由于車輛電氣系統(tǒng)中的絕緣材料老化、損壞或制造工藝問題導(dǎo)致的絕緣性能下降，通常會導(dǎo)致車輛電氣系統(tǒng)出現(xiàn)漏電或短路等問題。在這種情況下，電流可能會變大，因為漏電或短路會導(dǎo)致電流不經(jīng)過負(fù)載而直接流回電源，形成無效電流。

2. 導(dǎo)通電流減小。由于車輛電氣系統(tǒng)中的絕緣材料受到振動、摩擦、高溫等因素的影響，導(dǎo)致絕緣性能下降。在這種情況下，電流可能會變小，因為絕緣性能下降可能導(dǎo)致電路中的電阻增加，從而限制電流的通過。

因此，絕緣故障的產(chǎn)生勢必會導(dǎo)致絕緣故障點(diǎn)位處的電流發(fā)生變化，使用絕緣定位檢測系統(tǒng)中的電流互感器可實時監(jiān)測整車各高壓支路中的電流信號大小，通過比較回路電流與初始設(shè)定的電流大小，從而找出絕緣故障回路，鎖定故障位置。各部件的工作原理如下：

1. 絕緣監(jiān)視儀。每個中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)在線檢測被測系統(tǒng)的對地阻值，當(dāng)阻值低于預(yù)設(shè)的閾值，絕緣監(jiān)視儀報警并發(fā)射定位電流，觸發(fā)絕緣故障定位儀工作。

2. 絕緣故障定位儀。一個絕緣故障定位儀可以檢測多個測量通道，當(dāng)絕緣監(jiān)視儀報警后觸發(fā)工作，配合電流互感器找出絕緣故障回路。

3. 電流互感器。安裝到待檢測支路，與絕緣故障定位儀配合找出故障回路，主要根據(jù)被監(jiān)測線纜的外徑選擇電流互感器規(guī)格。

4應(yīng)用案例分析

國內(nèi)某品牌純電動載貨車是2022年生產(chǎn)，累計行駛里程超過2萬公里。車主反饋，在車輛運(yùn)行過程中多次偶發(fā)儀表盤絕緣故障報警和維修提示燈亮起，但未出現(xiàn)車輛限功率、限速以及強(qiáng)制下電停車的情況；經(jīng)車主嘗試鑰匙重復(fù)上電、斷電操作，故障報警燈和維修提示燈自行消失，車輛正常運(yùn)行一段時間后該現(xiàn)象又偶然出現(xiàn)。

專業(yè)技術(shù)人員到達(dá)現(xiàn)場后，啟動車輛后，儀表的絕緣故障報警和維修提示燈亮，反應(yīng)該車輛確實存在絕緣故障，且說明整車BMS的絕緣檢測模塊正常工作。車輛原地怠速一段時間后，儀表的絕緣故障報警和維修提升燈自行消失，說明此輛車存在的絕緣故障為動態(tài)故障。

若采用常規(guī)的絕緣故障檢測和排查手段，需要售后維修人員逐一拆裝每個高壓回路，并數(shù)次啟斷電源，從而找出故障回路，且動態(tài)故障可能因車輛靜止停放或斷電后重啟無法再現(xiàn)，造成整個售后維修時間長、效率低。

針對此類動態(tài)故障，決定采用絕緣檢測定位技術(shù)進(jìn)行故障排查。整車熄火，關(guān)閉蓄電池電源，拔掉BMS的手動維修開關(guān)（ManualServiceDisconnect,MSD），等待5min后，測試母線電壓≤5V。將絕緣檢測儀與整車控制器連接，按照整車高壓回路數(shù)量，將電流互感器依次卡套并固定在每個回路上，連接絕緣檢測儀、電流互感器和絕緣故障定位儀構(gòu)成電流信號傳輸回路。

在BMS中裝配MSD后，車輛啟動并上高壓，開始路試測試。車輛運(yùn)行20min時，儀表絕緣故障燈亮起，同時與整車控制器連接的絕緣監(jiān)視儀報警，觀察絕緣故障定位儀上顯示各支路的電流信號，發(fā)現(xiàn)裝配在電機(jī)控制器回路的電流互感器反饋電流信號異常，即鎖定絕緣故障點(diǎn)位于電機(jī)控制器回路。

鎖定絕緣故障點(diǎn)后，將車輛開至安全位置停車系統(tǒng)，關(guān)閉蓄電池電源，拔掉BMS的MSD后，等待5min，測試母線電壓≤5V。翻起駕駛室，觀察電機(jī)控制器回路的高低壓線束，發(fā)現(xiàn)低壓線束絕緣皮磨損破裂，內(nèi)部線束部分裸露，呈現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象，故判斷電機(jī)控制器低壓線束絕緣失效。車輛在運(yùn)行過程中經(jīng)過不平整路面或石子等造成車輛運(yùn)動時發(fā)生輕微的晃動、振動或跳動，導(dǎo)致線束發(fā)生相對位移，從而使得線束破損處與金屬支架短時間的觸碰短接而引發(fā)絕緣故障，因此也造成此絕緣故障時有時無。

5安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺解決方案

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)查詢等。同時對充電機(jī)過溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進(jìn)行預(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

5.2應(yīng)用場所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)層和客戶端層。

2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進(jìn)行電能計量和保護(hù)。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費(fèi)平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。

5.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

5.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點(diǎn)的站點(diǎn)信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。

5.4.2實時監(jiān)控

實時監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。

5.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進(jìn)行賬戶進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。

5.4.4故障管理

設(shè)備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時運(yùn)維人員可通過運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

5.4.5統(tǒng)計分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。

5.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺建立運(yùn)營商戶，運(yùn)營商可建立和管理其運(yùn)營所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。

5.4.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)維人員使用，可以對站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時可接收故障推送

5.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6結(jié)論

絕緣性能要求是純電動商用車電氣安全技術(shù)的關(guān)鍵，與車輛安全運(yùn)行、駕乘人員生命安全息息相關(guān)。根據(jù)絕緣故障分類，分析絕緣檢測原理，研究一種更為、準(zhǔn)確判斷整車動態(tài)絕緣故障的方法，即通過應(yīng)用絕緣定位檢測技術(shù)來檢測和定位故障位置，取代常規(guī)的通過售后維修人員逐一閉斷每個高壓回路、檢測每根高壓線纜的繁瑣工作，節(jié)約售后維修成本，縮短售后維修時間。

當(dāng)整車動態(tài)絕緣故障出現(xiàn)且絕緣阻值低于絕緣檢測儀的預(yù)設(shè)閥值時，觸發(fā)絕緣檢測儀報警并發(fā)射電流向各高壓回路中的電流互感器，電流互感器實時反饋電流大小至絕緣故障定位儀，通過絕緣故障定位儀上顯示出現(xiàn)問題的電流互感器支路，快速鎖定絕緣問題所在。

通過實際案例的分析及應(yīng)用，進(jìn)一步論述絕緣定位檢測技術(shù)在純電動汽車絕緣檢測方法所具備的優(yōu)勢。

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