充電樁的絕緣電阻檢測(cè)和充電過程的

充電樁的絕緣電阻檢測(cè)和充電過程的...編者：汪進(jìn)進(jìn)郵箱：wangjj@深圳市高斯寶電氣技術(shù)有限公司新能源事業(yè)部按語：為什么說充電過程的絕緣電阻檢測(cè)是個(gè)“軟柿子”？因?yàn)闇y(cè)量絕緣電阻的方法太大，具體到充電樁的產(chǎn)品方案成本差別很大。而且，檢測(cè)的結(jié)果誤差大小難以界定。本文總結(jié)了業(yè)內(nèi)三種絕緣檢測(cè)的方案，整理了三種絕緣電阻檢測(cè)的方法。分享了一篇譯文。在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18487.1-2015，《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第1部分：通用要求》中給出了“絕緣電阻”的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：在供電設(shè)備非電氣連接的各帶電回路之間，各獨(dú)立帶電回路與地（金屬外殼）之間按表2規(guī)定施加直流電壓，絕緣電阻應(yīng)不小于10M歐。在充電樁和充電模塊的第三方型式試驗(yàn)中，都會(huì)檢測(cè)這個(gè)項(xiàng)目。這是采用專門的耐壓測(cè)試儀、充電樁不帶電的前提下進(jìn)行檢測(cè)的。這個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目在業(yè)內(nèi)沒有任何異議。在“充電樁之芯及其它”系列之八中，我們也多次提到了“絕緣檢測(cè)”，感興趣的朋友請(qǐng)點(diǎn)擊閱讀→《直流充電樁充電過程詳述（下·專業(yè)版-002）：充電握手，絕緣檢測(cè)和電壓泄放，握手辨識(shí)，控制時(shí)序從T4到T11》。在充電過程中，前期由充電樁負(fù)責(zé)充電系統(tǒng)的絕緣檢測(cè)，后期由電動(dòng)汽車負(fù)責(zé)。整個(gè)充電過程中，“絕緣”是否良好，關(guān)乎安全，須臾不能放松警惕。這種充電過程中絕緣性能的檢測(cè)是如何進(jìn)行的？標(biāo)準(zhǔn)18487.1中惜字如金，在附錄B的表B.2中給出了下面這段說明：標(biāo)準(zhǔn)是如此惜字如金。總結(jié)幾點(diǎn)：1，絕緣檢測(cè)原理上所需要的高壓是由充電模塊產(chǎn)生的。

為了實(shí)現(xiàn)絕緣檢測(cè)，充電過程中有嚴(yán)格的時(shí)序安排。充電模塊在給電池充電前有專門的、為了實(shí)現(xiàn)絕緣檢測(cè)的“開機(jī)到關(guān)機(jī)”過程。

用于絕緣檢測(cè)的電壓大小在標(biāo)準(zhǔn)上也有定義：取BMS給出的最高允許充電總電壓和充電模塊輸出額定電壓的較小值。2，分別檢測(cè)正、負(fù)對(duì)PE的絕緣電阻，取較小值作為判斷依據(jù)。3，由于用來做絕緣檢測(cè)的高壓是不固定的，所以絕緣電阻的判斷依據(jù)不是一個(gè)絕對(duì)的電阻值？標(biāo)準(zhǔn)中給出，R>500歐/V，我理解為：如果模塊輸出電壓為500V，那么測(cè)試出來的絕緣電阻應(yīng)大于25M歐才是安全的？在目前的充電樁行業(yè)，有三種方案實(shí)現(xiàn)這種帶電狀態(tài)下的在線絕緣檢測(cè)：1，

將絕緣檢測(cè)功能完全做進(jìn)了充電樁控制器里面，就是說充電樁控制器有端口用來作為高壓強(qiáng)電的輸入。2，將絕緣檢測(cè)電路單獨(dú)做成一個(gè)電路板，安裝在充電樁上面，通過RS485將絕緣電阻的測(cè)試結(jié)果送給充電樁控制器。3，購買現(xiàn)成的絕緣檢測(cè)模塊。絕緣檢測(cè)模塊通過RS485將測(cè)試結(jié)果送給充電樁控制器。

我竊以為，上述三種方案都是可行的，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定該怎樣實(shí)現(xiàn)這種絕緣檢測(cè)。甚至標(biāo)準(zhǔn)中也沒有提出是采用哪種檢測(cè)方法，譬如是才有平衡電橋法還是非平衡電橋法？檢測(cè)的誤差允許多大？

標(biāo)準(zhǔn)上的寬松給業(yè)內(nèi)人士帶來了困惑，也導(dǎo)致很多人認(rèn)為充電過程中的這個(gè)步驟就是那么個(gè)意思。這個(gè)絕緣檢測(cè)步驟實(shí)質(zhì)上成了個(gè)“軟柿子”！在充電樁成本不敏感的情況下，一般都采用第3種方案。購買絕緣檢測(cè)模塊需要300元-500元的成本。如果充電樁的成本變得敏感，利用充電樁控制器自身的嵌入式計(jì)算功能，通過搭建外圍電路來檢測(cè)絕緣電阻也并不是很難的事情。采用方案1和2的成本和方案3相比幾乎忽略不計(jì)?；氐郊夹g(shù)本身，不管采用哪種方案，具體絕緣電阻檢測(cè)方法的工作原理和實(shí)現(xiàn)電路是什么樣子的呢?

這看起來是一個(gè)簡(jiǎn)單的問題，但真的為此啟動(dòng)搜索，我們發(fā)現(xiàn)會(huì)陷入到巨量信息中。僅僅是在百度中搜索英文關(guān)鍵詞“InsulationTesting”，有相關(guān)學(xué)術(shù)論文63015篇。我請(qǐng)實(shí)習(xí)生譚軍喜君翻譯了兩篇英文，附件摘錄他翻譯的其中一篇的片段，希望對(duì)同行擴(kuò)大知識(shí)面有幫助。

很多人對(duì)學(xué)術(shù)技術(shù)類的中文信息之雜亂抱有恐懼，因?yàn)椴恢滥钠形氖亲髡哒J(rèn)真寫作的成果，可以用來作為正確的知識(shí)予以消化。我也有此恐懼。但畢竟母語閱讀更快捷，絕緣檢測(cè)相關(guān)的大量中文文檔還是給了我一些參考。常用的絕緣電阻檢測(cè)方法包括有平衡電橋法，不平衡電橋法，低頻探測(cè)法，等。當(dāng)然，有大量的專利提出過不同的檢測(cè)方法。1，平衡電橋法。

平衡電橋檢測(cè)原理如下圖所示，通過檢測(cè)電壓Uj和Um，再加上給定的電阻R來算出R+、R-，但當(dāng)正、負(fù)絕緣都出現(xiàn)降低的情況下，檢測(cè)的結(jié)果將與實(shí)際情況不符合。2，不平衡電橋法。不平衡電橋法的實(shí)現(xiàn)原理如下圖所示。橋臂切換到A橋時(shí)BUS+對(duì)地電壓為Vap，BUS-對(duì)地電壓為Van,橋臂對(duì)地電壓為Vas；橋臂切換到B橋時(shí)BUS+對(duì)地電壓為Vbp，BUS-對(duì)地電壓為Vbn,橋臂對(duì)地電壓為Vbs；橋臂懸空時(shí)BUS+對(duì)地電壓為Vp，BUS-對(duì)地電壓為Vn，BUS+對(duì)BUS-電壓為Vpn；BUS-的接地電阻為Rxn，BUS+的接地電阻為Rxp。由基爾霍夫電流定律，不論橋臂切換到A橋還是B橋，都有I1+I2+I3=0。切換到A橋時(shí)有：Vap/(R2//Rxp)+Van/(R1//Rxn)+Vas/Rs=0

①切換到B橋時(shí)有：Vbp/(R2//Rxp)+Vbn/(R1//Rxn)+Vbs/Rs=0

②①、②兩式中Rxp，Rxn為未知量，其余皆為已知量或測(cè)量量。通過①、②兩式的方程組求解，即可計(jì)算出Rxp，Rxn的值。Vpn在橋臂出于任何狀態(tài)時(shí)都可以通過1，2兩點(diǎn)電壓采樣通過減法電路計(jì)算得出。Vp，Vn可以在橋臂懸空時(shí)通過1、2兩點(diǎn)直接測(cè)量計(jì)算獲得。如果橋臂沒有懸空位置，則可以通過Vpn，Rxp，Rxn，R1，R2計(jì)算得出。具體計(jì)算公式如下Vp=(Rxp//R2)/((Rxp//R2)+(Rxn//R1))*VpnVn=-(Rxn//R1)/((Rxp//R2)+(Rxn//R1))*Vpn3，低頻探測(cè)法。低頻探測(cè)法的實(shí)現(xiàn)原理如下圖所示。圖中虛線方框?yàn)榻^緣檢測(cè)簡(jiǎn)化電路。低頻信號(hào)發(fā)生器對(duì)外加的

ＲＣ回路注入低頻交

流信號(hào)，通

過采樣電容兩端的實(shí)時(shí)電壓值，計(jì)算出絕緣電阻值。該方法可以避免直流電源的影響，實(shí)現(xiàn)絕緣性能的離線檢測(cè)。充電樁的絕緣檢測(cè)不應(yīng)采用該方法。每一個(gè)工程細(xì)節(jié)都細(xì)思極恐。我很感興趣的是，怎么判斷檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度？誰去管這個(gè)“軟柿子”呢?。?/p>

附：什么是絕緣檢測(cè)？作者：JimGregorec,IdealIndustries,Inc.譯者：譚軍喜理解電氣絕緣檢測(cè)的基本原理有助于電力系統(tǒng)平穩(wěn)安全地長(zhǎng)期運(yùn)行。在純粹的理想世界里，所有電流都通過導(dǎo)線從一端傳送到另外一端，然而，在實(shí)際情況下，部分電流因?yàn)橹T多原因并不能到達(dá)“目的地”。即使是電流流過具有良好絕緣特性的電纜，仍然有部分電流從絕緣材料中泄露出來！

絕緣電纜通常是由絕緣材料包裹具有導(dǎo)電特性的銅或者鋁制成。好比有些水管總會(huì)漏水一樣，絕緣電纜的“不完美”導(dǎo)致部分穩(wěn)定的電流“泄漏”出去，這種泄露對(duì)于電路和機(jī)器都是不利的。絕緣檢測(cè)能夠幫助你判斷絕緣的效果是否在一個(gè)有效并且安全的水平。例行的絕緣檢測(cè)有助于提前暴露問題，避免絕緣程度不夠造成設(shè)備的損傷或故障。

多種因素都會(huì)導(dǎo)致絕緣程度下降，如極端的高溫或極端的低溫、潮濕、震動(dòng)、臟污、油漬和蒸汽腐蝕，等。因此，例行的絕緣檢測(cè)是必要的。

絕緣檢測(cè)中的總電流絕緣“完整性”檢測(cè)需要測(cè)量它的“絕緣電阻”。絕緣電阻高意味著只有很小的電流從絕緣材料中泄漏出去;相反，絕緣電阻小表示從絕緣材料中泄露出的電流大。通過對(duì)導(dǎo)體施加一個(gè)給定的電壓，就有可能基于歐姆定律（R=V/I）原理，使用儀表定量地測(cè)量出具體的絕緣電阻的阻值。檢測(cè)儀器施加的給定電壓除以“從絕緣材料中泄露出來被儀表檢測(cè)到的”電流，就得到了絕緣電阻值。從絕緣材料流過的總電流包括電容電容，吸收電流和漏電流。

電容電流當(dāng)電壓第一次加載到導(dǎo)體上，加壓瞬間相當(dāng)于給電容充電，瞬間迸發(fā)出來的電流被稱為電容電流，這就好比給膠皮管灌水，剛接上高壓水源的瞬間，水花噴濺，水花一開始沖得很高，但下降得也很快。電容電流也是這個(gè)特點(diǎn)。

吸收電流和電容電流一樣，吸收電流一開始也是一個(gè)很高的值然后下降，然而，吸收電流是以一個(gè)非常緩慢的速率下降的。隨著電壓的建立，這種吸收水平在絕緣材料中將會(huì)減少。這種漸變反映出潛在的能量保存在絕緣材料中有一個(gè)變化的過程。吸收電流在絕緣檢測(cè)的瞬時(shí)電阻方法中是一個(gè)重要的組成部分。

漏電流通常指的是導(dǎo)體電流，這種比較小而且穩(wěn)定的同時(shí)存在于絕緣材料內(nèi)外的電流被稱為漏電流。隨著時(shí)間的變化，漏電流的增加意味著絕緣材料的惡化。這在絕緣檢測(cè)儀的測(cè)量結(jié)果上表現(xiàn)為絕緣電阻的減小。

絕緣電阻檢測(cè)的類型通過以上介紹，我們理解了絕緣電阻的定義以及絕緣電阻測(cè)量的重要性，接下來要討論的是什么時(shí)候應(yīng)該檢測(cè)以及怎樣檢測(cè)。在安裝新的電氣設(shè)備時(shí)應(yīng)進(jìn)行絕緣檢測(cè)，基于以下兩個(gè)原因：首先，確保電氣設(shè)備處在良好的絕緣狀態(tài)才能開始運(yùn)行。這種最初始的測(cè)試通常被叫做“首件檢測(cè)”。其次，它為以后的檢測(cè)提供了一種參考基準(zhǔn)讀數(shù)。由于有濕度、溫度這樣的影響因素存在，絕緣檢測(cè)絕大多數(shù)都是基于相對(duì)測(cè)量。換句話說，絕緣電阻1.5兆歐，這個(gè)測(cè)量結(jié)果的意義并不大，如果沒有之前測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較的話。尺度的采用在例行的保持測(cè)試中可以給予我們有價(jià)值的關(guān)于絕緣的效果的信息，當(dāng)條件多種多樣時(shí)。在電氣設(shè)備的例行維護(hù)時(shí)，檢測(cè)絕緣電阻，可以得知環(huán)境變化后的絕緣性能。首件檢測(cè)（prooftest），短時(shí)檢測(cè)/點(diǎn)讀檢測(cè)（shorttime/spotreadingtest），瞬時(shí)電阻