某电动自行车绝缘性能分析及优化

王治文，何大军，龚国彬，朱兵

某电动自行车绝缘性能分析及优化

王治文，何大军，龚国彬，朱兵

（重庆车辆检测研究院有限公司 国家摩托车质量监督检验中心（重庆），重庆 401122）

建立电动自行车机械系统和电气系统的连接模型，提供了利用该连接模型分析电动自行车绝缘性能影响因素的分析思路。采用该分析思路找到影响试验车辆绝缘性能的根源，并采取了有效的改进措施。

电动自行车；绝缘性能；分析；优化

前言

绝缘性能是电动车辆最重要的性能之一，其属于电动车辆的电安全性能，直接关系到使用者的人身财产安全。电动车辆的绝缘性能备受关注，因而许多标准对其进行了规定，如GB 18384.3中规定了电动汽车的绝缘性能，GB 24155中规定了电动摩托车的绝缘性能，而GB 17761中则规定了电动自行车的绝缘性能。

GB 17761中“电气强度试验”和“淋水涉水试验”两个检测项目与电动自行车的绝缘性能直接相关[1]。其中，“电气强度试验”是反应绝缘保护层受持续性高电压冲击后绝缘性能的保持能力[2]；“淋水涉水试验”模拟车辆在大雨天气行驶和通过深积水路面后绝缘性能的保持能力。

本文以一新型电动自行车为研究对象，按GB 17761- 2018的规定对其进行“电气强度试验”和“淋水涉水试验”测试。初始测试时，两项试验的试验结果均不符合标准要求。通过建立机械系统和电气系统的连接模型（下称连接模型），分析出问题所在，并提出合理的改进措施，该车的绝缘性能得到有效提升。本文的案例可为电动自行车绝缘性能优化起到一定的借鉴作用。

1 问题描述及连接模型建立

试验车辆的车架为铝合金材料，表面喷涂防锈蚀油漆，车架及油漆涂层的绝缘性能较差。车架本体即组成电池组盒，电机和电机控制器均通过螺栓直接与车架相连，电池和电机控制器之间安装空气开关。除此之外，控制器上引出多条线路，分别控制喇叭、刹车、侧支架、前后大灯等。

试验过程中，首先进行“电气强度试验”再进行“淋水涉水试验”，两项试验先后出现了不满足标准要求的情况。因两项试验相同的度量参数为车辆的绝缘性能，本文采取建立连接模型的方式，将分析对象指向绝缘性能。

通过建立如图1所示的连接模型，对各线路上的绝缘电阻值进行分析，既可清晰地呈现分析对象，又可更加彻底地解决问题。

图1中各部件之间的电阻表示二者之间的导通关系，该关系主要分为两种：第一种是导线连接，正常情况下为导通状态；第二种为接触连接，正常情况下为绝缘状态，这种情况下，当绝缘措施不佳时，就形成了导通状态，影响整车的绝缘性能。本文主要研究第二种连接情况，判断其绝缘性能，通过分析电阻值的大小判断其连接是否正常。

图1 连接模型

标准中要求测量车辆线路的正极或负极（蓄电池后端）与车架、车把、电机之间的绝缘电阻。因电机、车把、车架处于导通状态，因此模型中可忽略车把和电机部分，而直接考查车辆正极或负极与车架之间的电阻即可。

2 连接模型分析

根据连接模型可知，测量车辆线路的正极或负极到车架的绝缘电阻时，共需要考虑7条线路，将其单独拆解之后可表示为如图2所示的独立线路。

图2 分析线路拆解

从上图可以看出，7条线路存在公共部分，即车辆线路的正极或负极到电机控制器的部分。该段线路为导线连接，正常情况下处于导通状态，即R0和R1很小，不在考查范围之内。导致车辆绝缘性能较差的原因主要来自电机控制器后端的连接状态。

促使线路1成为可能影响该车绝缘性能的原因有两个：其一，电机控制器外壳与内部线路未绝缘，而由于电机外壳与车架直接接触，即R2较小，从而使整个线路处于通路状态；其二，该线路的绝缘导线的绝缘保护层受到损坏，从而使试验车辆线路的正极或负极直接与车架或电机控制器外壳接触，即形成了如图3所示的情况，此时R2'较小。

图3 线路1的绝缘情况

通过测量试验车辆正极或负极与电机控制器外壳之间的绝缘电阻值，可考查上述前一种可能性；通过断开除线路1的其他6条线路中电机控制器后端的连接，再测量试验车辆正极或负极与车架之间的电阻值，可考查第二种可能性。

促使线路2成为影响该车绝缘性能的原因的可能性有一个：电喇叭与车架之间形成了通路，即R4的阻值较小。通过断开除线路2的其他6条线路中电机控制器后端的连接，再测量试验车辆正极或负极与车架之间的电阻值，可考查该种可能性。

采用与上述相同的方法考查其他线路对该车绝缘性能的影响情况。

3 试验车辆的绝缘性能解析

采用上述分析方法对该试验车辆的绝缘性能进行分析，结果显示，线路1和线路5是影响该车绝缘性能的两个原因。

3.1 绝缘保护层对绝缘性能的影响

线路1中体现绝缘性能相关参数是R2'。因绝缘保护层受到损坏，外露导线可能与车架直接接触，从而导致整车绝缘性能较差。值得注意的是，由于导线的接触位置随机性较强，若非较明显的破损，很难进行有效的改进。因此，为避免导线受损影响绝缘性能，通常需要对导线进行保护处理。

3.2 侧支架对绝缘性能的影响

许多车辆在侧支架处安装了霍尔传感器，避免车辆在停靠状态下不小心触发了加速装置，防止车辆意外启动。

线路5中体现绝缘性能的参数是R10。分析发现，当侧支架打开时，车辆线路的正极或负极到车架之间的绝缘电阻值正常；当侧支架收起时，线路的正极或负极与车架处于通路状态。这正好说明了影响二者之间绝缘性能的是霍尔传感器，其原因是：霍尔传感器通过磁场产生电信号。当侧支架打开时，位于车架上的固定磁铁和侧支架上的磁铁靠近，磁场逐渐增强，产生电信号；当侧支架收起时，两块磁铁分离，并最终使得磁场消失，断开电信号。

R10代表了霍尔传感器内部线路与车架之间的绝缘电阻值，其影响方式类似于线路1的绝缘保护层。试验发现，霍尔传感器位于侧支架的部分受到损坏，使得当霍尔传感器接通时，车辆线路的正极或负极与车架将处于通路状态。

3.3 空气开关对绝缘性能的影响

在“淋水涉水试验”中发现，空气开关对该试验车辆的绝缘性能有影响。

虽然“电气强度试验”和“淋水涉水试验”均直接与车辆的绝缘性能相关，但二者的影响因素却并不完全相同。前者的影响因素主要来自材料和结构的绝缘特效，而后者的影响因素还包括组件的防水性能。

在“电气强度试验”阶段，对影响该车绝缘性能的所有因素进行了彻底地分析，并进行了有效地改进。最终试验显示，该车线路的正极或负极与车架、电机、手把之间的绝缘电阻值可达100MΩ。但进行“淋水涉水试验”后，该车的绝缘性能急剧下降，且不能满足标准要求。

进一步分析发现，当车辆静置一段时间后，其绝缘阻值有显著提高，而再次淋水后绝缘阻值又大幅降低，说明了防水性能差是导致该现象的原因。对“电气强度试验”中出现问题的线路进行排查，未发现有异常，说明存在防水问题的线路位于电机控制器之前，进而将矛头指向空气开关。该车的空气开关由于结构原因，在淋水之后与车架之间形成了通路，使得绝缘性能无法满足标准要求。因此，通过更换空气开关或将空气开关进行防水改造后可解决该问题。

4 总结

通过建立电动自行车部件及电气系统连接模型的方式，分析了电动自行车的绝缘性能。通过建立该模型，简化了分析过程，并提高了分析效率及准确性。

利用该模型分析得出影响该车绝缘性能的因素为电气线路的绝缘保护层、侧支架传感器和空气开关，根据分析结果提出改进措施，有效地提高了该车的绝缘性能。

[1] GB 17761-2018, 电动自行车安全技术规范[S].北京:中国标准出版社,2018.

[2] 郭艳萍.电气强度试验影响因素与设备的确认方法研究[J].微电机, 2013,46(9).

Analysis and Optimization of insulation performance of An Electric Bicycle

Wang Zhiwen, He Dajun, Gong Guobin, Zhu Bing

( Chongqing Vehicle Test & Research Institute Co., Ltd, China National Motorcycle quality Supervision & Testing Center(Chongqing), Chongqing 401122 )

This paper establish a connection model between mechanical system and electrical system of an electrical bicycle, and provide an analytical approaches in analyzing the insulation performance of an electrical bicycle when using this model. Then, main factors affecting insulation performance of the test vehicle are found, and effective optimizations are adopt as well.

electric bicycle; insulation performance; analysis; optimization

U484

A

1671-7988(2019)13-173-03

U484

A

1671-7988(2019)13-173-03

王治文，就职于重庆车辆检测研究院有限公司国家摩托车质量监督检验中心（重庆）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.057