纯电动汽车绝缘检测方法及维修案例分析

王昕灿 李京鑫 翟羽 王震 王贺

摘 要：绝缘性是纯电动汽车高压安全性能中的主要指标之一，在进行纯电动汽车检测与维修过程中，对高压电气系统的绝缘性能检测需要使用专用的绝缘测试仪器，测量高压电缆及高压部件对车身绝缘电阻是否位于规定值范围内。分析绝缘检测原理和绝缘电阻检测方法，并以奇瑞eQ1纯电动汽车绝缘故障为例，进一步剖析绝缘检测方法和注意事项，为新能源汽车的检测和维护提供安全保障。

关键词：纯电动汽车 绝缘检测 维修 安全

Abstract：Insulation is one of the main indicators in the high-voltage safety performance of pure electric vehicles. During the inspection and maintenance of pure electric vehicles， special insulation test instruments need to be used to test the insulation performance of high-voltage electrical system to measure whether the insulation resistance of high-voltage cables and high-voltage components to the body is within the specified value range. This paper analyzes the insulation detection principle and insulation resistance detection method， and takes the insulation fault of Chery eQ1 pure electric vehicle as an example to further analyze the insulation detection methods and precautions， so as to provide safety guarantee for the detection and maintenance of new energy vehicles.

Key words：Blade Electric Vehicles; Insulation Test; Repair; Security

1 引言

純电动汽车动力系统一般具有直流300V以上的工作电压，其主要包括驱动电机及控制器、高压动力电池及电池管理系统、高压控制盒、逆变器总成及其他电力电子设备[1]。因此相对较高的车辆运行电压对纯电动汽车高压动力系统和整车底盘间的绝缘性能提出了更为严格的要求。车辆动力传输系统中高压动力电缆的绝缘层往往会因受环境潮湿影响绝缘性，或者绝缘层老化干裂导致绝缘性能下降，从而易导致动力系统电源高压导线透过绝缘层介质与整车底盘结构形成电路回路，造成高压电路短路、底盘电位整体上升，危害性极大。这些危害会造成驾驶人员、乘坐人员以及维修人员的人身安全，同时也将在一定程度上影响车辆控制线路、信号线路以及其他低压电路的正常工作。当车辆高压系统与底盘间多处连接点间的绝缘性能严重下降，更会造成漏电短路，产生热积效应，最重要的情况下甚至会造成整车电气火灾。因此，保障纯电动汽车的绝缘性能是保证车辆安全性的重要工作之一，通过准确实时监测高压系统对底盘的绝缘性，包括驱动电机系统绝缘性、动力电池系统绝缘性等，可以及时排查并解决车辆的绝缘故障，保证车辆设备正常运作和汽车安全运行。

在新能源汽车检测与维修过程中，对于绝缘性能的好坏一般通过被测物绝缘电阻的大小来判定。电动汽车绝缘标准中明确规定：在交流电路中，正负端对车辆底地的绝缘电阻分别都必须大于500Ω/V;在高压直流电路中，正负端对车辆底盘地的绝缘电阻分别都必须大于100Ω/V[2]。100Ω/V对应的电流大小是10mA，500Ω/V对应的电流大小是2mA，两种数值均小于人体能够承受的最小电流值，因此电动汽车的绝缘电阻必须大于规定值，操作人员在检测维修过程中才能避免电动汽车高压伤害。纯电动汽车在进行整车绝缘故障设定介值时，通常会设定相应的阈值，进一步判断绝缘性能好坏，若自动监测到绝缘电阻低于阈值，则会控制执行器自动切断高压电路。

2 纯电动汽车绝缘电阻检测方法

2.1 检测原理

纯电动汽车绝缘性能的检测原理本质上是通过检测高压回路主正、主负直流母线对于底盘地的绝缘电阻值来判断性能优良。但整车自检时，其绝缘电阻值无法直接利用相关检测工具来直接测量，因而可通过建立绝缘检测电路，间检测出绝缘电阻值，从而判断电动汽车绝缘状况[3]。绝缘电阻检测模型如图1所示。

图1中，虚线框为绝缘电阻检测电路;US为低频低压的交流信号源，用来进行绝缘电阻的实时检测;C1为隔离电容，R7为测量电阻，RL为负载。单片机通过PWM信号控制变压器输出，使之产生高电压来进行动力电池开路状态下的绝缘电阻检测，其中R1、R2、R4、R6为采样电阻，Rn、Rp为直流电源正负极母线对地绝缘电阻。另外，单片机通过控制继电器S1、S2、S3的闭合与断开，实现不同状况下的绝缘电阻检测。

2.2 绝缘检测工具和检测安全注意事项

纯电动汽车检测与维修中，对高压电气系统的绝缘性能检测时需要使用专用的绝缘测试仪器，测量高压电缆及高压部件对车身绝缘电阻是否位于规定值范围内。常用的测试仪器有数字式万用表、绝缘电阻表、数字式绝缘测试仪等。以Fluke公司的产品Fluke 1508绝缘测试仪为例，如图2所示，FLUKE 1508绝缘测试仪是一款多功能数字式电量测量仪表，通过功能开关的转换，可以测量电压、电流、电阻、电容和温度等物理量。绝缘测试仪测试只能在不通电的电路上进行。测试之前，确保测试电路或者电气设备已处于断电状态。

在进行纯电动汽车绝缘检测时，为确保检测人员安全，必须做好以下安全防护工作[4]：

（1）在操作区域设置安全隔离装置，并放置操作警示牌，设立绝缘地垫以便加强操作安全性。

（2）检测现场和操作过程中，须安排安全技术人员全程监督。

（3）务必检查高压防护手套、护目镜以及其他仪器仪表是否符合安全等级要求。

（4）做好一切准备工作后，关闭车辆电源，同时拔下车钥匙，将车辆钥匙交由操作人员单独保管。后续断开低压蓄电池负极以切断低压线路，涉及高压操作时需拔下维修开关并进行安全保管，无维修开关的车辆可断开高压线路连接点。

2.3 纯电动汽车绝缘故障排查与处理

绝缘故障界定为[3]：纯电动汽车整车环境内存在较多高压部件，为防止因绝缘故障造成的人身安全隐患，车辆内设有对整车高压部件绝缘电阻的监控和检测装置，当绝缘电阻低于设定的阈值时，确定为绝缘故障。当纯电动汽车发生高压绝缘故障时，高压绝缘故障报警灯常亮，通常会有以下几个方面故障可能导致电池断开、车辆无法行驶：（1）电机系统绝缘故障;（2）电机控制器绝缘故障;（3）压缩机绝缘故障;（4）PTC绝缘故障;（5）高压分线盒绝缘故障;（6）充电机绝缘故障;（7）电池包本体绝缘故障;（8）高压线束绝缘。

通常絕缘故障排查与处理方法为：（1）首先尝试钥匙重复上电、断电操作能否清除故障灯，如不能清除故障灯，请执行下述方法;（2）维修人员通过诊断仪读取故障，根据具体故障参照维修手册进行维修;（3）维修人员务必做好高压安全防护措施;（4）特别注意不要触碰高压部分部件，高压线束有特别颜色标注。

3 奇瑞eQ纯电动汽车绝缘故障案例分析

3.1 故障现象

一辆2018年产奇瑞eQ1纯电动汽车，累计行驶里程约1万公里，搭载J72-2103010三相永磁同步电机及J72-2142010电机控制器。车主表示，车辆仪表盘高压绝缘报警灯常亮，尝试钥匙重复上电、断电操作，故障灯无法清除。

3.2 检测诊断

根据动力系统电压特性，该车型最低报警绝缘电阻值设定为20兆欧。车辆仪表能够正常显示，并正确反映出存在绝缘故障，说明BMS绝缘监测系统本身正常工作。连接故障诊断仪，读得故障代码P1A6E，显示MCU系统安全安全故障，记录并清除故障代码，无法清除，故明确绝缘故障方向为电机系统绝缘故障，即可能是电机本身或电机控制器绝缘失效，图3为eQ1电机系统结构简图。

逐步排除绝缘故障点，为确保安全，一定要严格按照相应的高压安全操作规程进行作业，操作人员按规定穿戴好防护用品，先后断开低压回路和高压回路。将点火开关置于OFF档，断开蓄电池负极，拔掉维修开关，静置5min，确保测试母线电压值小于5V，然后断开MCU低压插件。断开高压回路后，系统已不带高压电，为操作方便，可取下绝缘手套使用万用表和兆欧表。利用万用表测量MCU低压插件6号引脚、7号引脚，检测出CAN终端电阻值为123Ω，在正常范围值内，故排除低压线路CAN总线通信故障。

进一步进行高压回路绝缘排查，常温下，分别对电驱系统的正负级对地用绝缘表进行测试（图4）。绝缘表测试电压调至500V，发现测试结果阻值小于20兆欧，低于设定的阈值，故而需进一步判定是电机绝缘问题或电机控制器绝缘问题。

首先排查是否是电机本身绝缘失效。打开控制器的小盖板，将连接到MCU的电机母线螺栓拆掉，将线与安装底座脱开。常温下，对驱动电机三相端子对地用绝缘表进行测试（图5），绝缘表测试电压调至500V，测试结果阻值显示550兆欧，大于20兆欧，故电机本身绝缘正常。

进一步确认是否是电机控制器绝缘故障。同样的，拔掉电机控制器端信号线插件、高压直流母线输入插件和三相高压电缆插件，并测试母线电压值应小于5V。常温下，分别对电机系统的正负对地用绝缘表进行测试（图6）。绝缘表测试电压调至500V，测试结果阻值小于20兆欧，故判断电机控制器绝缘失效。

断开起动开关使电源模式至OFF状态，断开蓄电池负极连接，并拔下维修开关等待5min，更换电机控制器总成后试车，故障排除。

4 结论

电动汽车的高压绝缘性能是电动车辆电气安全技术的重要内容，对维修人员安全、乘客安全和车辆安全运行具有重要意义。结合电动汽车绝缘电阻判断依据，在分析绝缘检测原理的基础上，研究电动汽车绝缘故障排查方法，并以奇瑞eQ1绝缘故障为例展开分析，进一步深化纯电动汽车绝缘检测方法的研究。

基金项目：南通市科技计划项目（编号：MS12020055）;江苏省高等学校自然科学研究面上项目。

参考文献：

[1]张天强，宋芳. 电动汽车绝缘电阻计算方法研究[J].汽车技术，2021（10）：42-46.

[2]吴东来，丁李辉. 新型电动汽车绝缘性检测方法探究[J]. 时代汽车，2016（Z1）：49-50.

[3]高峰，张晓辉，刘双东. 电动汽车绝缘电阻测量方法研究[J]. 汽车实用技术， 2021，46（24）：5-9.

[4]黄义勇，彭来森， 刘忠强. 基于“安全策略”的电动汽车高压绝缘故障探析[J]. 汽车维修，2021（01）：26-28.

作者简介

王昕灿：江苏航运职业技术学院，讲师，主要从事新能源汽车技术、智能网联汽车技术。