淺談純電動商用車絕緣檢測方法及故障分析
江蘇安科瑞電能服務股份有限公司 江蘇江陰 214400
摘要：純電動商用車的工作環(huán)境存在路況復雜、工況惡劣等情況，導致整車電氣設備的磨損速率加快，造成電氣設備絕緣電阻持續(xù)下降，如不及時處理，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原理出發(fā)，分析和探討一種絕緣檢測定位技術的應用，將一套包括絕緣檢測儀、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傳輸系統(tǒng)，連接并安裝在整車的各組高壓回路。通過該系統(tǒng)電流信號的實時傳輸，快速準確定位故障回路，鎖定故障位置。此技術為售后市場絕緣故障車輛的排查提供一種快速、準確的解決方案。
關鍵詞：純電動汽車；商用車；絕緣檢測；定位技術
整車安裝著一套絕緣監(jiān)測及報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過整車電池管理系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測模塊實時監(jiān)控整車電器系統(tǒng)的絕緣阻值，當系統(tǒng)內的絕緣阻值低于預設閥值時，該模塊向整車控制器上報絕緣故障，并通過儀表顯示的方式發(fā)出聲光報警。該系統(tǒng)僅能判斷車輛存在絕緣故障，但無法鎖定故障回路，通常需要專業(yè)技術人員使用萬用表對整車所有電氣回路逐一排查，整個檢修過程需要花費大量時間，嚴重影響檢修效率。
純電動商用車的高壓系統(tǒng)框架主要由動力電池、電池管理系統(tǒng)、高壓配電、電機控制系統(tǒng)以及高壓輔助系統(tǒng)（電動轉向油泵、電動空氣壓縮機、電動空調壓縮機、汽車加熱器）組成。這些核心部件通過串聯或并聯的方式構成一個且安全的系統(tǒng)。動力電池系統(tǒng)主要是通過Pack電池包串、并聯的方式組成，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Pack電池包進行實時監(jiān)控，包括電壓、電流、溫度等參數的采集與處理，確保Pack電池包的安全運行，并在工作狀態(tài)下合理分配動力電池系統(tǒng)內每組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控制系統(tǒng)及高壓輔助系統(tǒng)，并根據高壓設備的需要實現電壓升高或降低，直流、交流的轉換等功能。電機控制系統(tǒng)主要是對驅動電機進行控制，通過接收高壓配電系統(tǒng)輸出的高壓直流電，將其轉換為交流，驅動電機轉動為車輛提供動力。高壓輔助系統(tǒng)是通過串聯或并聯的方式連接各種高壓設備，如電動轉向油泵、電動空氣壓縮機、電動空調壓縮機、汽車加熱器等，實現整車轉向、制動、空調、暖風等系統(tǒng)功能的實現。
這種框架構成關系使得純電動汽車高壓系統(tǒng)能夠、安全地運行，為車輛提供穩(wěn)定且可靠的動力支持。同時，電池管理系統(tǒng)對整個系統(tǒng)的監(jiān)控和保護也確保了車輛在各種工況下的安全性和穩(wěn)定性。
純電動商用車的整車絕緣監(jiān)測一般由BMS執(zhí)行，通常的檢測方法為電橋平衡法。當整車電器系統(tǒng)內的設備、附件或線束發(fā)生絕緣、短路等故障時，BMS的絕緣監(jiān)測模塊會通過對接觸器觸點和相關控制接觸器閉合的有效指令進行綜合判定，向VCU上報絕緣故障，并通過儀表顯示的方式發(fā)出聲光報警以提示駕駛員，嚴重故障則通過整車控制器下發(fā)整車下電或停車的指令。
絕緣檢測定位系統(tǒng)主要包括絕緣檢測儀、電流互感器和絕緣故障定位儀組成的信號傳輸系統(tǒng)，其工作原理是絕緣檢測儀與整車控制器連接，通過整車控制器實時讀取BMS內絕緣檢測模塊向整車控制器發(fā)送的絕緣阻值；當絕緣檢測儀讀取的整車絕緣阻值低于預設閥值時，絕緣監(jiān)視儀報警，并通過其內部附帶的定位電流發(fā)射器向電流互感器發(fā)射測試電流信號；此測試電流信號再反饋給絕緣故障定位儀，故障定位儀實時顯示各支路電流互感器反饋的電流信號，通過電流信號顯示，可以快速鎖定絕緣故障支路即電流互感器電流信號異常所在的支路。電流互感器所反饋的異常電流信號，通常存在以下兩種情況：
導通電流。由于車輛電氣系統(tǒng)中的絕緣材料老化、損壞或制造工藝問題導致的絕緣性能下降，通常會導致車輛電氣系統(tǒng)出現漏電或短路等問題。在這種情況下，電流可能會變大，因為漏電或短路會導致電流不經過負載而直接流回電源，形成無效電流。
導通電流減小。由于車輛電氣系統(tǒng)中的絕緣材料受到振動、摩擦、高溫等因素的影響，導致絕緣性能下降。在這種情況下，電流可能會變小，因為絕緣性能下降可能導致電路中的電阻增加，從而限制電流的通過。
因此，絕緣故障的產生勢必會導致絕緣故障點位處的電流發(fā)生變化，使用絕緣定位檢測系統(tǒng)中的電流互感器可實時監(jiān)測整車各高壓支路中的電流信號大小，通過比較回路電流與初始設定的電流大小，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：
絕緣監(jiān)視儀。每個中性點不接地系統(tǒng)在線檢測被測系統(tǒng)的對地阻值，當阻值低于預設的閾值，絕緣監(jiān)視儀報警并發(fā)射定位電流，觸發(fā)絕緣故障定位儀工作。
絕緣故障定位儀。一個絕緣故障定位儀可以檢測多個測量通道，當絕緣監(jiān)視儀報警后觸發(fā)工作，配合電流互感器找出絕緣故障回路。
電流互感器。安裝到待檢測支路，與絕緣故障定位儀配合找出故障回路，主要根據被監(jiān)測線纜的外徑選擇電流互感器規(guī)格。
國內某品牌純電動載貨車是2022年生產，累計行駛里程超過2萬公里。車主反饋，在車輛運行過程中多次偶發(fā)儀表盤絕緣故障報警和維修提示燈亮起，但未出現車輛限功率、限速以及強制下電停車的情況；經車主嘗試鑰匙重復上電、斷電操作，故障報警燈和維修提示燈自行消失，車輛正常運行一段時間后該現象又偶然出現。
專業(yè)技術人員到達現場后，啟動車輛后，儀表的絕緣故障報警和維修提示燈亮，反應該車輛確實存在絕緣故障，且說明整車BMS的絕緣檢測模塊正常工作。車輛原地怠速一段時間后，儀表的絕緣故障報警和維修提升燈自行消失，說明此輛車存在的絕緣故障為動態(tài)故障。
若采用常規(guī)的絕緣故障檢測和排查手段，需要售后維修人員逐一拆裝每個高壓回路，并數次啟斷電源，從而找出故障回路，且動態(tài)故障可能因車輛靜止停放或斷電后重啟無法再現，造成整個售后維修時間長、效率低。
針對此類動態(tài)故障，決定采用絕緣檢測定位技術進行故障排查。整車熄火，關閉蓄電池電源，拔掉BMS的手動維修開關（ManualServiceDisconnect,MSD），等待5min后，測試母線電壓≤5V。將絕緣檢測儀與整車控制器連接，按照整車高壓回路數量，將電流互感器依次卡套并固定在每個回路上，連接絕緣檢測儀、電流互感器和絕緣故障定位儀構成電流信號傳輸回路。
在BMS中裝配MSD后，車輛啟動并上高壓，開始路試測試。車輛運行20min時，儀表絕緣故障燈亮起，同時與整車控制器連接的絕緣監(jiān)視儀報警，觀察絕緣故障定位儀上顯示各支路的電流信號，發(fā)現裝配在電機控制器回路的電流互感器反饋電流信號異常，即鎖定絕緣故障點位于電機控制器回路。
鎖定絕緣故障點后，將車輛開至安全位置停車系統(tǒng)，關閉蓄電池電源，拔掉BMS的MSD后，等待5min，測試母線電壓≤5V。翻起駕駛室，觀察電機控制器回路的高低壓線束，發(fā)現低壓線束絕緣皮磨損破裂，內部線束部分裸露，呈現發(fā)黑現象，故判斷電機控制器低壓線束絕緣失效。車輛在運行過程中經過不平整路面或石子等造成車輛運動時發(fā)生輕微的晃動、振動或跳動，導致線束發(fā)生相對位移，從而使得線束破損處與金屬支架短時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有時無。
5安科瑞充電樁收費運營云平臺解決方案
5.1概述
AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯網技術對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數據采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網、4G或WIFI等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。
5.2應用場所
適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎設施設計。
5.3系統(tǒng)結構
系統(tǒng)分為四層：
1）即數據采集層、網絡傳輸層、數據層和客戶端層。
2）數據采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進行電能計量和保護。
3）網絡傳輸層：通過4G網絡將數據上傳至搭建好的數據庫服務器。
4）數據層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。
5）應客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。
小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎數據管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。
5.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能
5.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、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，查看設備使用率，合理分配資源。
5.4.2實時監(jiān)控
實時監(jiān)視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。
5.4.3交易管理
平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。
5.4.4故障管理
設備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發(fā)處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現場問題。
5.4.5統(tǒng)計分析
通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。
5.4.6基礎數據管理
在系統(tǒng)平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。
5.4.7運維APP
面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數設置，同時可接收故障推送
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
類型 | 型號 | 圖片 | 功能 |
安科瑞充電樁收費運營云平臺 | AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞響應節(jié)能環(huán)保、綠色出行的號召，為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kW交流充電樁，30kW壁掛式直流充電樁，智能60kW/120kW直流一體式充電樁等來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經濟、智能運營管理的市場需求，提供電動汽車充電軟件解決方案，可以隨時隨地享受便捷安全的充電服務，微信掃一掃、微信公眾號、支付寶掃一掃、支付寶服務窗，充電方式多樣化，為車主用戶提供便捷、安全的充電服務。實現對動力電池快速、安全、合理的電量補給，能計時，計電度、計金額作為市民購電終端，同時為提高公共充電樁的效率和實用性。 |
互聯網版智能交流樁 | AEV-AC007D |
| 額定功率7kW，單相三線制，防護等級IP65，具備防雷 保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方：4G/wifi/藍牙支持刷卡，掃碼、免費充電可選配顯示屏 |
互聯網版智能直流樁 | AEV-DC030D |
| 額定功率30kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠 程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯網版智能直流樁 | AEV-DC060S |
| 額定功率60kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯網版智能直流樁 | AEV-DC120S |
| 額定功率120kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
10路電瓶車智能充電樁 | ACX10A系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級IP65，僅支持免費充電 |
2路智能插座 | ACX2A系列 |
| 2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級IP21，支持刷卡充電 |
20路電瓶車智能充電樁 | ACX20A系列 |
| 20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護等級IP21，支持刷卡，免費充電 |
落地式電瓶車智能充電樁 | ACX10B系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告 |
絕緣監(jiān)測儀 | AIM-D100 |
| AIM-D100系列直流絕緣監(jiān)測儀可以應用在15~1500V的直流系統(tǒng)中，用于在線監(jiān)測直流不接地系統(tǒng)正負極對地絕緣電阻，當絕緣電阻低于設定值時，發(fā)出預警或報警信號。 |
絕緣監(jiān)測儀 | AIM-D100-T |
| AIM-D100-T系列直流絕緣監(jiān)測儀可以應用在10~1000V的直流系統(tǒng)中，用于在線監(jiān)測直流不接地系統(tǒng)正負極對地絕緣電阻，當絕緣電阻低于設定值時，發(fā)出預警或報警信號。 |
智能邊緣計算網關 | ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。 |
擴展模塊ANet-485 | M485模塊：4路光耦隔離RS485 | ||
擴展模塊ANet-M4G | M4G模塊：支持4G全網通 | ||
導軌式單相電表 | ADL200 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，輸入電流：10（80）A； 電能精度：1級 支持Modbus和645協(xié)議 證書：MID/CE認證 |
導軌式電能計量表 | ADL400 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 證書：MID/CE認證 |
無線計量儀表 | ADW300 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目） 證書：CPA/CE認證 |
導軌式直流電表 | DJSF1352-RN |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量，復費率電能統(tǒng)計，SOE事件記錄:8位LCD顯示:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入(75mV)或霍爾元件接入(0-5V);電能精度1級，1路485通訊，1路直流電能計量AC/DC85-265V供電 證書：MID/CE認證 |
面板直流電表 | PZ72L-DE |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入·(75mV)或霍爾元件接入(0-20mA0-5V);電能精度1級 證書：CE認證 |
電氣防火限流式保護器 | ASCP200-63D |
| 導軌式安裝，可實現短路限流滅弧保護、過載限流保護、內部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測等功能;1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊(選配);額定電流為0~63A，額定電流菜單可設。 |
開口式電流互感器 | AKH-0.66/K |
| AKH-0.66K系列開口式電流互感器安裝方便，無須拆一次母線，亦可帶電操作，不影響客戶正常用電，可與繼電器保護、測量以及計量裝置配套使用。 |
霍爾傳感器 | AHKC |
| 霍爾電流傳感器主要適用于交流、直流、脈沖等復雜信號的隔離轉換，通過霍爾效應原理使變換后的信號能夠直接被AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集和接受，響應時間快，電流測量范圍寬精度高，過載能力強，線性好，抗干擾能力強。 |
智能剩余電流繼電器 | ASJ |
| 該系列繼電器可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式的剩余電流動作保護器，主要適用于交流50Hz，額定電壓為400V及以下的TT或TN系統(tǒng)配電線路，防止接地故障電流引起的設備和電氣火災事故，也可用于對人身觸電危險提供間接接觸保護。 |
絕緣性能要求是純電動商用車電氣安全技術的關鍵，與車輛安全運行、駕乘人員生命安全息息相關。根據絕緣故障分類，分析絕緣檢測原理，研究一種更為、準確判斷整車動態(tài)絕緣故障的方法，即通過應用絕緣定位檢測技術來檢測和定位故障位置，取代常規(guī)的通過售后維修人員逐一閉斷每個高壓回路、檢測每根高壓線纜的繁瑣工作，節(jié)約售后維修成本，縮短售后維修時間。
當整車動態(tài)絕緣故障出現且絕緣阻值低于絕緣檢測儀的預設閥值時，觸發(fā)絕緣檢測儀報警并發(fā)射電流向各高壓回路中的電流互感器，電流互感器實時反饋電流大小至絕緣故障定位儀，通過絕緣故障定位儀上顯示出現問題的電流互感器支路，快速鎖定絕緣問題所在。
通過實際案例的分析及應用，進一步論述絕緣定位檢測技術在純電動汽車絕緣檢測方法所具備的優(yōu)勢。
參考文獻：
[1] 丁屹峰.光伏直流智能充電樁有序充電策略與應用效果
[2] 詹天津,謝玉榮國內分布式光伏發(fā)展形勢分析及思考
[3] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版
咨詢電話