一、前言

　　當前，能源危機和環境污染與日俱增，發展高效、節能、零排放的清潔型純電動汽車已成為國內外汽車工業發展的必然趨勢。相比傳統燃油車，電動汽車內含有高壓部件，包括電機控制器、動力電池、電動壓縮機和 DC/DC 等。這些高壓部件都會涉及到絕緣問題，且電動汽車工作環境復雜，振動、溫度、濕度以及部件老化等都會使整車絕緣性能下降。動力電池正負極通過絕緣層與底盤構成電流回路，當整車絕緣下降時，整車漏電電流就會增大，漏電電流達到一定值時，就會危及乘客安全以及整車電氣系統的正常運行。因此，實時監測電動車輛高壓系統對車輛的電氣絕緣性能，確保車輛在絕緣狀態下運行，對保證乘客人身安全、電氣設備正常工作以及車輛安全運行具有重要意義。

　　二、相關標準法規

　　有關國內、國外的電動汽車電氣安全防范相關標準法規有很多，匯總如表 1所示，這些法規標準對于安全要求大致相近，主要以高壓動力電池防護為核心，衍生出相關防護條款，各標準法規都有詳細的電動汽車絕緣阻抗的測量方法介紹以及相關規范說明，標準中對于絕緣性能評估都有一個評判關鍵指標-絕緣強度（Ω/V），國外標準大都采用≥500Ω/V，國內其采用≥100Ω/V。其中，GB/T 18384.3-2015 電動汽車安全要求 第 3 部分：人員觸電防護中 6.7 規定在最大工作電壓下，直流電路絕緣強度≥100Ω/V；SAE J1766 中 4.4.3 規定在系統標稱電壓下，直流電路絕緣強度≥500Ω/V。

　　表 1 標準法規

　　標準名稱標準號

　　EN1987-1、1987-2、1987-3

　　FMVSS/CMVSSNo.305

　　GB18384.1、18384.2、18384.3

　　ISO6469-1、6469-2、6469-3、23273-3

　　SAEJ1766/2344

　　JISD5305-1、D5305-2、D5305-3

　　有關電動汽車零部件電氣安全防范國內相關標準包括 GB/T 18488.1-2015、 GB/T 24347-2009 以及 GB/T 31467.3 等。其中 GB/T 18488.1-2015 中 5.2.7.3 規定驅動電機控制器的冷態與熱態絕緣阻抗均不小于 1MΩ（以 540V 電壓平臺為例，對應絕緣強度接近 2000Ω/V）。GB/T 24347-2009 中 5.6 規定 DC/DC 絕緣強度≥500Ω/V。GB/T 31467.3 中 5.1.5 規定動力電池包絕緣強度≥100Ω/V。從上述國標分析可得，各個零部件對絕緣強度的要求相差較大，有的甚至接近整車的絕緣強度要求。實際上，整車高壓系統包含多個部件，主要包括電機、電機驅動器、動力電池、PDU、電動壓縮機、DC/DC、制動以及轉向控制器等。如果各個零部件廠商按照國標對絕緣強度要求規定 100Ω/V，那么整車各零部件總的絕緣阻抗遠就會低于 100Ω/V，整車絕緣阻抗不滿足國標絕緣要求。

　　結合國內零部件指標現狀，在對整車絕緣強度指標設定時，整車絕緣強度應高于國標之要求，各零部件的絕緣強度應高于整車一個等級。這樣，整車總的絕緣強度才不至于超標，才能確保車輛的安全。這也是國外標準為何將整車絕緣強度指標定為≥500Ω/V，遠高于國內指標的緣由。

　　三、絕緣監測原理

　　絕緣監測工作原理主要包括電流傳感法、對稱電壓測量法、橋式電阻法、低頻信號注入法等。其中低頻信號注入法應用最為廣泛，系統拓撲圖見圖 1。在其內部產生一個正負對稱的方波信號，通過絕緣阻抗監測儀連接端子與直流高壓系統和底盤之間的絕緣電阻 RF 構成測量回路，通過對采樣電阻上分壓的采集，計算得出 RF 大小。

　　圖 1 低頻信號注入法系統拓撲

　　實際車輛正常運行時，測出的絕緣阻抗包含直流以及交流成分。交流成分與整車系統的分布電容、雜散電感有關。不同零部件構成的系統等效的阻抗特性會不同，也會隨著測試工況、測試環境而有所差異。電動車系統中，電機在不同轉速下對應的電頻率不同，因此系統容抗、感抗會隨著測試轉速不同而變化。電機繞阻對電機殼體的分布電容也會隨著轉速以及環境溫度的變化等而發生變化。因此，系統本身的阻抗特性是會隨著系統的運行而時刻發生改變，所測出的絕緣阻抗值成動態特性。

　　四、絕緣強度區域

　　一般將絕緣強度區域分為五個，包括高安全區域、安全區域、一般漏電告警區域、嚴重漏電告警區域以及高危害區域；絕緣強度監測區域包括安全區域、一般漏電告警區域、嚴重漏電告警區域三個區域。見圖 2 所示。

　　圖 2 阻抗監測區域定義

　　各區域定義如下：

　　高危區域：車輛絕緣嚴重受損、危及人身安全。

　　嚴重告警區：紅色區域，存在絕緣問題；

　　一般告警區：黃色區域，此區域存在輕微漏電現象；

　　安全區域：綠色區域，不存在絕緣問題。

　　高安全區域：絕緣極好。

　　其中嚴重漏電閥值區與一般漏電閥值區為臨界區域，在此區域內可以通過軟件算法設計，根據國家標準及整車的指標進行報警設計。業內不同廠家對監測區域中嚴重漏電閥值、一般漏電閥值的設定值不一樣。例如：某國內知名電動汽車制造商對監測區域中漏電閥值分別設定為 1MΩ、5MΩ；也有零部件廠商對其值分別設定為 200 kΩ、500 kΩ。

　　根據上述文中提到絕緣阻抗包含直流以及交流成分，現從這兩方面以 540V（一般電壓范圍為 420V-630V）系統電壓為例，對 1MΩ、5MΩ漏電閥值進行評估分析。

　　（1） 直流成分

　　對應的直流漏電流分別約為 0.5mA、0.1mA。其指標遠高于 IEC/TR2 60497-1中提到人體沒有任何感覺的閥值直流電流為 10mA 的指標之要求。

　　（2） 交流成分

　　GB/T 18488.1-2015 中 5.2.8 規定系統最大電壓 Umax＞500V，系統耐電壓至少需滿足（2Umax+1000）V（AC）。對應的交流流漏電流分別為（2*630V+1000V）/1MΩ、（2*630V+1000V）/5MΩ即為 2.5mA、0.5mA。其指標也高于 IEC/TR2 60497-1中提到人體沒有任何感覺的閥值交流電流為 2mA 的安全指標之要求。

　　實際對整車絕緣阻抗漏電閥值評估時，應綜合考慮交、直流成分，保證整車電氣絕緣性能，滿足電動汽車安全需求，如果絕緣阻抗漏電閥值設置過低會降低車輛安全監測預警裕度，故應對漏電進行提前報警（增大漏電閥值）更為合理。

　　五、絕緣監測精度

　　一般絕緣阻抗監測儀的監測范圍為 0-30 MΩ，監測范圍較寬。在這么寬的監測范圍內要保證絕緣阻抗監測儀全量程范圍的精度很難。絕緣阻抗監測儀為監測設備，而不是精準的測量儀器，只需保證監測區的絕緣強度監測數據的準確性、滿足測量精度之指標要求即可。

　　實際在進行絕緣監測產品設計時，既要考慮寬范圍量程，又要考慮如何在寬范圍量程條件下保證產品的監測精度。因此需要在這兩方面取舍。對于圖 2 中高危害區和高安全區，對于這兩個區域的監測精度要求可以放低。重點應該對圖 2中嚴重漏電閥值區與一般漏電閥值區之間的區域的監測精度嚴格把控。

　　六、結論

　　本文以國際、國內相關電動汽車絕緣阻抗標準法規為依據，從監測原理、監測區域以及監測精度角度探討和分析了電動汽車絕緣阻抗監測問題，得出以下結論，這對于整車廠或零部件廠商進行絕緣監測設計提供參考。

　　（1） 整車絕緣強度應該高于國標 100Ω/V 要求，建議不低于 500Ω/V 為佳；

　　（2） 為了保證整車電氣絕緣性能，對漏電應該提前進行報警更為合理；

　　（3） 重點保證漏電閥值附件區域監測精度，其它區域能夠準確識別即可。