淺談純電動(dòng)商用車絕緣檢測(cè)方法及故障分析

安科瑞 陳聰

摘要：純電動(dòng)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(shí)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(cè)原理出發(fā)，分析和探討一種絕緣檢測(cè)定位技術(shù)的應(yīng)用，將一套包括絕緣檢測(cè)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(hào)傳輸系統(tǒng)，連接并安裝在整車的各組高壓回路。通過(guò)該系統(tǒng)電流信號(hào)的實(shí)時(shí)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(chǎng)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(dòng)汽車；商用車；絕緣檢測(cè)；定位技術(shù)

1.引言

整車安裝著一套絕緣監(jiān)測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過(guò)整車電池管理系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測(cè)模塊實(shí)時(shí)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(shí)，該模塊向整車控制器上報(bào)絕緣故障，并通過(guò)儀表顯示的方式發(fā)出聲光報(bào)警。該系統(tǒng)僅能判斷車輛存在絕緣故障，但無(wú)法鎖定故障回路，通常需要專業(yè)技術(shù)人員使用萬(wàn)用表對(duì)整車所有電氣回路逐一排查，整個(gè)檢修過(guò)程需要花費(fèi)大量時(shí)間，嚴(yán)重影響檢修效率。

2純電動(dòng)商用車絕緣檢測(cè)原理

純電動(dòng)商用車的高壓系統(tǒng)框架主要由動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)向油泵、電動(dòng)空氣壓縮機(jī)、電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)、汽車加熱器）組成。這些核心部件通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)的方式構(gòu)成一個(gè)且安全的系統(tǒng)。動(dòng)力電池系統(tǒng)主要是通過(guò)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(duì)Pack電池包進(jìn)行實(shí)時(shí)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(dòng)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(shí)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(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)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(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)為車輛提供動(dòng)力。高壓輔助系統(tǒng)是通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接各種高壓設(shè)備，如電動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵、電動(dòng)空氣壓縮機(jī)、電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)、汽車加熱器等，實(shí)現(xiàn)整車轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、空調(diào)、暖風(fēng)等系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。

這種框架構(gòu)成關(guān)系使得純電動(dòng)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(dòng)力支持。同時(shí)，電池管理系統(tǒng)對(duì)整個(gè)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(dòng)商用車的整車絕緣監(jiān)測(cè)一般由BMS執(zhí)行，通常的檢測(cè)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(shí)，BMS的絕緣監(jiān)測(cè)模塊會(huì)通過(guò)對(duì)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(bào)絕緣故障，并通過(guò)儀表顯示的方式發(fā)出聲光報(bào)警以提示駕駛員，嚴(yán)重故障則通過(guò)整車控制器下發(fā)整車下電或停車的指令。

3絕緣檢測(cè)定位技術(shù)

絕緣檢測(cè)定位系統(tǒng)主要包括絕緣檢測(cè)儀、電流互感器和絕緣故障定位儀組成的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其工作原理是絕緣檢測(cè)儀與整車控制器連接，通過(guò)整車控制器實(shí)時(shí)讀取BMS內(nèi)絕緣檢測(cè)模塊向整車控制器發(fā)送的絕緣阻值；當(dāng)絕緣檢測(cè)儀讀取的整車絕緣阻值低于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，絕緣監(jiān)視儀報(bào)警，并通過(guò)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(cè)試電流信號(hào)；此測(cè)試電流信號(hào)再反饋給絕緣故障定位儀，故障定位儀實(shí)時(shí)顯示各支路電流互感器反饋的電流信號(hào)，通過(guò)電流信號(hào)顯示，可以快速鎖定絕緣故障支路即電流互感器電流信號(hào)異常所在的支路。電流互感器所反饋的異常電流信號(hào)，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(wèn)題導(dǎo)致的絕緣性能下降，通常會(huì)導(dǎo)致車輛電氣系統(tǒng)出現(xiàn)漏電或短路等問(wèn)題。在這種情況下，電流可能會(huì)變大，因?yàn)槁╇娀蚨搪窌?huì)導(dǎo)致電流不經(jīng)過(guò)負(fù)載而直接流回電源，形成無(wú)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(dòng)、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(huì)變小，因?yàn)榻^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(guò)。

因此，絕緣故障的產(chǎn)生勢(shì)必會(huì)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(cè)系統(tǒng)中的電流互感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整車各高壓支路中的電流信號(hào)大小，通過(guò)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(gè)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)在線檢測(cè)被測(cè)系統(tǒng)的對(duì)地阻值，當(dāng)阻值低于預(yù)設(shè)的閾值，絕緣監(jiān)視儀報(bào)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(gè)絕緣故障定位儀可以檢測(cè)多個(gè)測(cè)量通道，當(dāng)絕緣監(jiān)視儀報(bào)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(cè)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(cè)線纜的外徑選擇電流互感器規(guī)格。

4應(yīng)用案例分析

國(guó)內(nèi)某品牌純電動(dòng)載貨車是2022年生產(chǎn)，累計(jì)行駛里程超過(guò)2萬(wàn)公里。車主反饋，在車輛運(yùn)行過(guò)程中多次偶發(fā)儀表盤絕緣故障報(bào)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(bào)警燈和維修提示燈自行消失，車輛正常運(yùn)行一段時(shí)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(chǎng)后，啟動(dòng)車輛后，儀表的絕緣故障報(bào)警和維修提示燈亮，反應(yīng)該車輛確實(shí)存在絕緣故障，且說(shuō)明整車BMS的絕緣檢測(cè)模塊正常工作。車輛原地怠速一段時(shí)間后，儀表的絕緣故障報(bào)警和維修提升燈自行消失，說(shuō)明此輛車存在的絕緣故障為動(dòng)態(tài)故障。

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

針對(duì)此類動(dòng)態(tài)故障，決定采用絕緣檢測(cè)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(dòng)維修開(kāi)關(guān)（ManualServiceDisconnect,MSD），等待5min后，測(cè)試母線電壓≤5V。將絕緣檢測(cè)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(gè)回路上，連接絕緣檢測(cè)儀、電流互感器和絕緣故障定位儀構(gòu)成電流信號(hào)傳輸回路。

在BMS中裝配MSD后，車輛啟動(dòng)并上高壓，開(kāi)始路試測(cè)試。車輛運(yùn)行20min時(shí)，儀表絕緣故障燈亮起，同時(shí)與整車控制器連接的絕緣監(jiān)視儀報(bào)警，觀察絕緣故障定位儀上顯示各支路的電流信號(hào)，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(hào)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(kāi)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(cè)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(guò)程中經(jīng)過(guò)不平整路面或石子等造成車輛運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生輕微的晃動(dòng)、振動(dòng)或跳動(dòng)，導(dǎo)致線束發(fā)生相對(duì)位移，從而使得線束破損處與金屬支架短時(shí)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(shí)有時(shí)無(wú)。

5安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)解決方案

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)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(shí)對(duì)充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過(guò)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(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

5.2應(yīng)用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)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(jì)。

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(jì)量和保護(hù)。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

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

小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)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(tái)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(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)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(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)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(guò)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(tái)管理人員可管理充電用戶賬戶，對(duì)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(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過(guò)平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過(guò)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(bào)。充電用戶也可通過(guò)充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。

5.4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

5.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營(yíng)商戶，運(yùn)營(yíng)商可建立和管理其運(yùn)營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)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(duì)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(shí)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(dòng)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(cè)原理，研究一種更為、準(zhǔn)確判斷整車動(dòng)態(tài)絕緣故障的方法，即通過(guò)應(yīng)用絕緣定位檢測(cè)技術(shù)來(lái)檢測(cè)和定位故障位置，取代常規(guī)的通過(guò)售后維修人員逐一閉斷每個(gè)高壓回路、檢測(cè)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(shí)間。

當(dāng)整車動(dòng)態(tài)絕緣故障出現(xiàn)且絕緣阻值低于絕緣檢測(cè)儀的預(yù)設(shè)閥值時(shí)，觸發(fā)絕緣檢測(cè)儀報(bào)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(shí)時(shí)反饋電流大小至絕緣故障定位儀，通過(guò)絕緣故障定位儀上顯示出現(xiàn)問(wèn)題的電流互感器支路，快速鎖定絕緣問(wèn)題所在。

通過(guò)實(shí)際案例的分析及應(yīng)用，進(jìn)一步論述絕緣定位檢測(cè)技術(shù)在純電動(dòng)汽車絕緣檢測(cè)方法所具備的優(yōu)勢(shì)。

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