直流充電樁的絕緣檢測

更新時間：2022-03-11

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直流充電樁的絕緣檢測

一、安全和絕緣的基本概念

直流充電系統(tǒng)中安全和絕緣的相關(guān)概念，看似簡單、基礎(chǔ)，但很多充電樁的從業(yè)人員還處在懵憧的狀態(tài)。這些基本概念包括：安全、觸電、I類設(shè)備、剩余電流斷路器（RCD）、保護(hù)接地、絕緣電阻、介電強(qiáng)度、泄露電流、漏電流、接觸電流、保護(hù)導(dǎo)體電流、剩余電流等。值得研究。

現(xiàn)將我們整理的內(nèi)容編輯如下：

安全

電氣產(chǎn)品的安全要求是最基本的要求。EN60950中對安全的定義：“產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)必須能夠保證在正常使用和可能的失效條件下, 不會對使用者產(chǎn)生觸電和其它危險, 且不會對周圍環(huán)境產(chǎn)生危害,如火災(zāi)等。"

觸電

觸電造成的人體傷害分為電傷和電擊。電傷是指人體外表局部直接或間接地受到電流的傷害，形式有灼（燒）傷、電烙印、皮膚金屬化等。電擊是指電流通過人體內(nèi)部時，人體的內(nèi)部器官（如心臟等）受到的傷害，它是最危險的觸電傷害。

人體作為一個“導(dǎo)電體"，接觸到帶電導(dǎo)體時，如果流過的電流為40-50mA，且維持時間為1s，就會對人體產(chǎn)生電擊傷害。人體電阻模型復(fù)雜，我國制定接地設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程時，給出的人體阻值范圍是1000-1500 Ohm。人體能承受的交流峰值不超過42.4V ，直流電壓不超過60V。

觸電分為直接觸電和間接觸電。直接觸電是指人員直接接觸電氣設(shè)備的正常帶電導(dǎo)體而造成的觸電。直流充電樁采取的基本絕緣設(shè)計(jì)可防止這一點(diǎn)。間接觸電是指因電氣設(shè)備的內(nèi)部絕緣故障造成的、正常情況下不帶電的金屬外殼等外露可導(dǎo)電部分帶有危險電壓，一旦人員觸及故障設(shè)備的外露導(dǎo)電部分時造成的觸電。直流充電樁是I類設(shè)備，在交流側(cè)可有效防止間接觸電。

I類設(shè)備

I類設(shè)備的概念如圖1所示。 I 類設(shè)備具有金屬外殼，在基本絕緣失效后，帶危險電壓的導(dǎo)電零部件與建筑物配線中的保護(hù)接地導(dǎo)體（PE）相連; 外殼電位因接地而大大降低，同時經(jīng)保護(hù)接地導(dǎo)體構(gòu)成的接地通路也可使產(chǎn)生的接地故障電流（一般稱為“漏電流"），這時回路上的防護(hù)電器（一般是采用“剩余電流斷路器RCD，俗稱漏電空開）檢測出故障電流而及時切斷電源。增加接地措施后，由于接觸電壓的降低，人體通過電流時間的縮短，發(fā)生心室纖顫導(dǎo)致電擊死亡的危險大大減少。

圖 1 I類設(shè)備的概念

剩余電流斷路器（RCD）

機(jī)殼帶電后，機(jī)殼和PE之間流過的電流超過了RCD的動作電流，RCD產(chǎn)生動作，斷開交流輸入，從而保證人體安全。

圖2 單相和三相RCD工作原理

圖2為RCD的工作原理。任何一相線和外殼之間“短路"，外殼是連接到PE的，Id的電流就不再為0，漏電保護(hù)器的零序電流互感器的鐵芯中就會產(chǎn)生磁通，漏電保護(hù)器產(chǎn)生動作，斷開交流輸入，這種是間接觸電保護(hù)。如果沒有接地，Id就始終為0，漏電保護(hù)器不產(chǎn)生動作。沒有接地保護(hù)時，相線和外殼短路，人體觸碰外殼，流過人體的電流可能引起漏電保護(hù)器動作，但這種直接觸電保護(hù)可能會造成人身安全事故。

保護(hù)接地

如上所述，I類設(shè)備的安全保護(hù)強(qiáng)烈依賴于“保護(hù)接地"。保護(hù)接地是重要的安全屏障。漏電電流大于安全門限值，則漏電開關(guān)就會動作，實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)。如果外殼未接地，就不存在接地電流，相線電流與N線電流當(dāng)然也大小相等方向相反，它們的和與正常運(yùn)行是一致的，漏電開關(guān)不動作。這樣一來，在出現(xiàn)外殼與高壓電觸碰時，人觸及外殼，就會發(fā)生觸電事故。保護(hù)地的重要性：地線為漏電流提供了一條通路，確保了漏電開關(guān)能夠動作，確保了不會發(fā)生人身觸電事故。

在直流充電樁的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，和“保護(hù)接地"相關(guān)的文本描述包括：

1）標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18487.1-2015、《電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第1部分：通用要求》中對保護(hù)接地等相關(guān)術(shù)語定義如下：

2）同時，標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18487.1-2015、《電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第1部分：通用要求》中要求充電樁必須具備保護(hù)接地導(dǎo)體的連續(xù)性檢測功能

3）在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 34657.1-2017，《電動汽車傳導(dǎo)充電互操作性測試規(guī)范第1部分：供電設(shè)備》中對保護(hù)接地導(dǎo)體連續(xù)性丟失測試的方法步驟以及評判標(biāo)準(zhǔn)做了如下規(guī)定：

4）在標(biāo)準(zhǔn) NB/T 33001-2018、《電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)技術(shù)條件》中對充電機(jī)的接地有如下要求：

5）在標(biāo)準(zhǔn)GBT 20234.1-2015 、《電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第1部分通用要求》中對接地措施有如下要求：

絕緣電阻

直流充電系統(tǒng)的核心部件是充電模塊。充電模塊的輸入是交流，輸出是直流，輸入和輸出之間通過變壓器隔離。交流側(cè)安全屬于I類設(shè)備，依靠基本絕緣、保護(hù)接地及RCD來確保安全; 直流側(cè)安全通過充電槍頭和槍線的加強(qiáng)絕緣、雙重絕緣，以及充電過程中絕緣檢測來保證。

絕緣電阻是施加于絕緣體上兩個導(dǎo)體之間的直流電壓與流過絕緣體的泄露電流之比。一個絕緣體在施加直流電壓之后，通過的電流隨著時間由大到小變化。開始時含有的電流成分很多，除了泄露電流之外，還有充電電流、極化電流以及凈化電流等等，這些電流都是隨著時間而減小的，最后達(dá)到一個穩(wěn)定的電流，這個穩(wěn)定的電流，就是表征電介質(zhì)本征電導(dǎo)的泄露電流。

介電強(qiáng)度

絕緣是相對的，所有絕緣材料都只能在一定的電場強(qiáng)度以下保持其絕緣特性，當(dāng)電場強(qiáng)度超過一定限度時，絕緣材料便會瞬間失去絕緣特性，使整個設(shè)備破壞。介電強(qiáng)度是最基本的絕緣特性參數(shù)，是指材料能夠承受而不至遭到破壞的最高電場場強(qiáng)。

介電強(qiáng)度試驗(yàn)分為兩種類型，即擊穿試驗(yàn)和耐電壓試驗(yàn)。擊穿試驗(yàn)是在一定試驗(yàn)條件下，升高電壓直到試樣發(fā)生擊穿為止，測得擊穿場強(qiáng)或擊穿電壓。耐電壓試驗(yàn)是在一定試驗(yàn)條件下，對試樣施加一定電壓，經(jīng)歷一定時間，若在此時間內(nèi)試樣不發(fā)生擊穿，即認(rèn)為試樣是合格的。

泄露電流、漏電流、接觸電流、保護(hù)導(dǎo)體電流、剩余電流

泄露電流在關(guān)于絕緣電阻測量的書籍上有明確表述。漏電流是“打耐壓"測量中常常提到的。兩者是不是一個意思? 剩余電流是不是就是漏電流？還有接觸電流、保護(hù)導(dǎo)體電流的實(shí)質(zhì)又是什么呢？有的是口語，有的是標(biāo)準(zhǔn)上的用語？

泄露電流一般可以理解為在外電源電壓的作用下，在正常工作狀態(tài)或單一故障狀態(tài)下產(chǎn)生的并流經(jīng)電器絕緣部分到達(dá)金屬外殼（地）的電流。相對于電器的工作電流而言，這是一種漏網(wǎng)電流，逃逸電流、散失電流、無定形電流。顯然工作電流是電器正常運(yùn)行所必須的，是沿著一定線路運(yùn)行流動的電流，是有益電流，而泄露電流則并非電器正常運(yùn)行所必須的，是伴隨家用電器工作電流的存在而客觀存在，并可能給人體帶來危害的一種電流。

根據(jù)IEC60990:1999《接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流的測量方法》的定義，接觸電流是當(dāng)人體或動物接觸一個或多個裝置或設(shè)備的可觸及零部件時，流過他們身體的電流。由此可看出“接觸電流"定義的關(guān)鍵在于“接觸"兩字，也就是僅在人體（動物）或人體模型形成電流通路時才存在接觸電流，不通過人體（動物）或人體模型形成的電流則不能稱為接觸電流。

國際電工委員會（IEC）根據(jù)“泄漏電流"測量方法的不同，定義了兩種電流：接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流。正因?yàn)椤靶孤峨娏?已變成一種統(tǒng)稱，用于表達(dá)若干不同的概念，如接觸電流、保護(hù)導(dǎo)體電流、絕緣特性（絕緣漏電流）等等，所以在IEC60990：1999中“泄露電流"這一術(shù)語已不再使用。

因此從嚴(yán)格意義上來講，“泄露電流"與“接觸電流"不是簡單的等同關(guān)系，“接觸電流"術(shù)語是包含在“泄露電流"術(shù)語定義范圍內(nèi)的。"接觸電流"是“泄露電流"，而“泄露電流"不一定是“接觸電流"

在標(biāo)準(zhǔn)GB 4943.1-2011《信息技術(shù)設(shè)備第1部分：通用要求》中對接觸電流及保護(hù)導(dǎo)體電流的定義如下：

在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12113-2003《接觸電流和保護(hù)導(dǎo)體電流測量方法》中對接觸電流及保護(hù)導(dǎo)體電流的定義如下：

剩余電流是指供電系統(tǒng)中導(dǎo)線流出的電流，有一部分沒有經(jīng)過導(dǎo)線返回，而流入大地，經(jīng)大地返回到變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)，稱這個漏入大地的電流為剩余電流，就是我們通常所講的漏電電流，漏電電流的取樣元件均采用零序電流互感器。

在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6829-2017《剩余電流動作保護(hù)器（RCD）的一般要求》中對剩余電流又做了如下分類：

絕緣漏電流指在電器產(chǎn)品通電時，流過不同電位導(dǎo)體之間絕緣材料中的電流。這個也就是我們在檢測電器產(chǎn)品絕緣性能時提到的“漏電流"。

二、絕緣電阻的測量方法

絕緣電阻的測量方法有多種，包括直接法、比較法、自放電法。

直接法就是直接測量施加在絕緣電阻兩端的直流電壓U和流過絕緣電阻的電流I，根據(jù)R=U/I計(jì)算得出。根據(jù)測量儀器的類型分為歐姆表、檢流計(jì)、高阻計(jì)。

比較法是指與已知標(biāo)準(zhǔn)電阻比較，常用有電橋法和電流比較法。電橋法是在直流充電樁中常用的方法。

自放電法是讓通過絕緣電阻的泄露電流對標(biāo)準(zhǔn)電容充電，測出充電一定時間和標(biāo)準(zhǔn)電容兩端的電壓和電荷。自放電法和信號注入法類似。

電橋法實(shí)現(xiàn)原理

引用參考文獻(xiàn)3的介紹。原理圖如圖3所示，圖中CM+、CM-為正負(fù)母線。U+、U-為正、負(fù)母線電壓。Jk1、Jk2為繼電開關(guān)，R為精密電阻。R+、R-為正、負(fù)母線發(fā)生絕緣故障時的對地電阻。Dt1、Dt2為高精度霍爾電流傳感器，其輸出電壓與通過環(huán)孔的電流差成正比，并且成線性關(guān)系，所以，利用采樣電流傳感器輸出的電壓，經(jīng)過換算成電流，再利用歐姆定律獲得正、負(fù)母線電壓U+、U-,則電源電壓U=U+-U-。

圖3 電橋法絕緣檢測原理

在直流系統(tǒng)正常工作情況下，電子繼電開關(guān)Jkl、Jk2保持閉合。R+、R- 一般趨近無窮大，此時， U+≠-U-。當(dāng)發(fā)生絕緣接地故障時，則R+或R-為有限值，此時 U+≠-U-，當(dāng)R+≤ R-時，則有 U+≤U-，反之亦然。如果發(fā)生R+=R-都為有限值時，即正負(fù)母線絕緣電阻同等下降，此時 U+=-U-，則需要進(jìn)一步進(jìn)行檢測，檢測步驟如下：

1)斷開繼電開關(guān)Jk2，保持Jkl閉合，測得正、負(fù)母線電壓對地分別記為：U+1 ，U-1 ；

2)斷開繼電開關(guān)Jkl，保持Jk2閉合，測得正、負(fù)母線電壓對地分別記為：U+2，U-2；

從而可計(jì)算獲得R+、R-。

小信號注入法

RC 低頻信號注入法的絕緣檢測原理圖如圖 4 所示，R＋， R－分別是電動汽車的正極絕緣電阻與負(fù)極絕緣電阻，Battery 為電動汽車的直流電源，GND 為電動汽車系統(tǒng)底盤。圖中虛線框外即為此電動汽車系統(tǒng)整體模型。如果在電路中加交流電源，電路中內(nèi)阻很小的直流電流源可視為短路，內(nèi)阻很大的電流源可視為開路。通常來說，蓄電池的內(nèi)阻為 m Ω 級別，當(dāng)電壓上升后，電動汽車內(nèi)蓄電池的內(nèi)阻依然很小，依據(jù)此原則，當(dāng)信號發(fā)生器 Gen 發(fā)出交流信號后，可以認(rèn)為直流電壓源短路，即有如圖 5所示。

圖4 低頻信號法原理

圖5 低頻信號法簡化電路

由于直流電壓源可視為短路，正極絕緣電阻 R＋與負(fù)極絕緣電阻 R－形成一個總的并聯(lián)電阻（圖中為 R′）。在檢測過程中，信號發(fā)生器發(fā)出低頻方波信號后，可以把這個過程分為２個階段，第１階段發(fā)出＋５V電壓時，電容C為充電過程，第２階段信號發(fā)生器送出０V信號，相當(dāng)于信號發(fā)生器短路，電容 C 開始放電過程。在電容C充電時間內(nèi) ，檢測電阻R′與電阻R形成分壓，其中電阻R′上的對地電壓為V１，電阻R上的對地電壓為V２，且 V１＋V２＝５V，A點(diǎn)所采集到的電壓信號如圖３所示。

圖6 方波信號和A點(diǎn)采集信號

在圖 6 中，選取R＝１MΩ，C＝０.１μF進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，上方信號為方波信號，下方信號為A點(diǎn)采集信號，在一個方波周期內(nèi) ，圖３可分為２個區(qū)域和２個時刻，第１時刻如１所示，稱作放電分壓時刻，第２部分區(qū)域?yàn)镽C放電區(qū)，第３時刻如３所示，其為充電分壓時刻，第４部分區(qū)域?yàn)槌潆姺謮簠^(qū) 。 A點(diǎn)對地的電壓信號被單片機(jī)的A／D采樣模塊采集，在檢測中選取的就是充電分壓區(qū)的跳變電壓u的大小，再將得到的數(shù)據(jù)通過運(yùn)算可以得出絕緣電阻的大小。

如圖 4 所示，并聯(lián)絕緣電阻R′兩端的電壓為V1，標(biāo)準(zhǔn)電阻R兩端的電壓為V2。

V1/V2＝R'/R

V1＋V2＝5V

在充電的過程中，跳變電壓u的值為V1，即

u＝V1

因此:

R′/R＝V1/（5－V1）

并聯(lián)電阻R′ 的值可以由下面的公式計(jì)算得出：

R′＝V1*R/(5－V1)

三、直流充電樁和電動汽車之間的電氣連接

國標(biāo)定義的充電槍有15根電纜，和電動汽車之間通過“9孔"連接，但是和安全相關(guān)、超過人體安全電壓的信號只有3個：DC+、DC-、PE。如GB/T 18487.1附錄B中的直流充電控制引導(dǎo)電路圖，車輛接口通過充電槍完成物理連接后，充電模塊的輸出經(jīng)過K1/K2接觸器、K3/K4接觸器和動力電池連接，構(gòu)成輸出高壓直流回路; 設(shè)備地和車身地連接，并連接到保護(hù)導(dǎo)體，并應(yīng)連接到“大地"。如前所述，變壓器T實(shí)現(xiàn)了AC和DC的絕緣，AC側(cè)交流高壓的保護(hù)通過基本絕緣、RCD和PE實(shí)現(xiàn)，DC側(cè)直流高壓的保護(hù)將通過在線絕緣檢測實(shí)現(xiàn)。在GB/T 27930定義的充電過程六個階段（物理連接完成、低壓輔助上電、充電握手階段、充電參數(shù)配置階段、充電階段和充電結(jié)束階段）中，在充電握手階段將由充電樁完成絕緣檢測，此時K5/K6沒有閉合，樁端絕緣檢測針對的只是充電模塊的輸出端子到K5/K6的外側(cè)接線端子這段電氣回路，檢測充電槍線的DC+和DC-兩根電纜對PE的絕緣電阻。

圖7 直流充電控制引導(dǎo)電路圖

四、充電樁標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于“絕緣檢測"的說明

在GB/T18487.1-2015、《電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第1部分：通用要求》的附錄B中，對絕緣檢測有如下相關(guān)幾段文本：

B. 3.3 非車載充電機(jī)自檢

在車輛接口*連接后，閉合K3和K4，使低壓輔助供電回路導(dǎo)通；閉合K1和K2，進(jìn)行絕緣檢測，絕緣檢測時的輸出電壓應(yīng)為車輛通信握手報(bào)文內(nèi)的最高允許充電總電壓和供電設(shè)備額定電壓中的較小值；絕緣檢測完成后，將IMD(絕緣檢測)以物理的方式從強(qiáng)電回路中分離，并投切泄放回路對充電輸出電壓進(jìn)行泄放，非車載充電機(jī)完成自檢后斷開K1和K2。

B.4.1 在充電機(jī)端和車輛端均設(shè)置IMD電路，供電接口連接后到K5、K6合閘充電之前，由充電機(jī)負(fù)責(zé)充電機(jī)內(nèi)部（含充電線纜）的絕緣檢查；充電機(jī)端的IMD回路通過開關(guān)從供電回路斷開，且K5、K6合閘之后的充電過程期間，由電動車負(fù)載整個系統(tǒng)的絕緣檢查。充電直流回路DC+、PE之間的絕緣電阻，與DC-、PE之間的絕緣電阻(兩者取最小值R)，當(dāng)R＞500Ω/V視為安全；100Ω/V＜R≤500Ω/V時，宜進(jìn)行絕緣異常報(bào)警，但仍可正常充電；R≤100Ω/V視為絕緣故障，應(yīng)停止充電。

B.4.2 充電機(jī)進(jìn)行IMD檢測后，應(yīng)及時對充電輸出電壓進(jìn)行泄放，避免在充電階段對電池負(fù)載產(chǎn)生電壓沖擊。充電結(jié)束后，充電機(jī)應(yīng)及時對充電輸出電壓進(jìn)行泄放，避免對操作人員造成電擊傷害。泄放回路的參數(shù)選擇應(yīng)保證在充電連接器斷開后1s內(nèi)將供電接口電壓降到60VDC以下。

在該標(biāo)準(zhǔn)的圖B.2 直流充電連接控制時序圖和表B.2 直流充電控制時序表中，對絕緣檢測的相關(guān)時序和波形都有嚴(yán)格定義。

在NB/T 33001-2018《電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)技術(shù)條件》中，對絕緣檢測的相關(guān)描述：

6.3 絕緣檢測功能

充電機(jī)應(yīng)具備對直流輸出回路進(jìn)行絕緣檢測的功能，并且充電機(jī)的絕緣檢測功能應(yīng)與車輛絕緣檢測

功能相配合。充電機(jī)的絕緣檢測功能應(yīng)符合GB/T18487.1-2015中B.4.1和B.4.2的規(guī)定。充電機(jī)在進(jìn)行絕緣檢測前應(yīng)檢測直流輸出接觸器(K1、K2)的外側(cè)電壓，當(dāng)此電壓超過±10V時應(yīng)停止絕緣檢測流程并發(fā)出告警信息。

在GB/T 27930-2015 《電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議》中，圖A.6給出了時序流程圖：

五、 “絕緣檢測"功能試驗(yàn)及自測方法

在標(biāo)準(zhǔn) NB/T 33008.1-2018 《電動汽車充電設(shè)備檢驗(yàn)試驗(yàn)規(guī)范第1部分：非車載充電機(jī)》中，對絕緣檢測功能試驗(yàn)

5.3.3絕緣檢測功能試驗(yàn)

將充電機(jī)連接試驗(yàn)系統(tǒng)，按照以下步驟進(jìn)行試驗(yàn)：

a)在絕緣檢測前，模擬K1和K2外側(cè)電壓絕對值大于10V，檢查充電機(jī)應(yīng)停止絕緣檢測過程，并發(fā)出告警提示;

b)檢查充電機(jī)端應(yīng)設(shè)置絕緣檢測電路,且在車輛接口連接后到車輛充電回路接觸器K5和K6閉合前，充電機(jī)應(yīng)能閉合直流輸出回路接觸器K1和K2對其內(nèi)部(含充電電纜)進(jìn)行絕緣檢測，絕緣檢測電壓應(yīng)符合GB/T18487.12015中B.3.3的規(guī)定;

按照GB/T34657.1-2017中6.3.4.5規(guī)定的方法進(jìn)行模擬絕緣故障和絕緣異常，按照圖2所示,充電機(jī)絕緣檢測誤差不應(yīng)超過士5%,選擇絕緣電阻測試點(diǎn)，測試電壓為充電機(jī)額定輸出電壓值,測試結(jié)果應(yīng)符合GB/T18487.1一2015中B.4.1和B.4.2的規(guī)定。

在第三方檢測機(jī)構(gòu)）進(jìn)行型式試驗(yàn)時，試驗(yàn)方法為：

1.在啟動充電前在DC+、PE之間并聯(lián)上10K電阻，然后啟動充電，在絕緣檢測結(jié)束后，充電機(jī)應(yīng)停止充電流程并上報(bào)絕緣故障；

2.在啟動充電前在DC-、PE之間并聯(lián)上10K電阻，然后啟動充電，在絕緣檢測結(jié)束后，充電機(jī)應(yīng)停止充電流程并上報(bào)絕緣故障；

以上第三方試驗(yàn)方法主要為檢查充電機(jī)是否具備絕緣故障檢測功能。

在產(chǎn)品自測時，會根據(jù)充電機(jī)絕緣檢測電壓和絕緣檢測的3種結(jié)果狀態(tài)進(jìn)行模擬組合測試，以絕緣檢測電壓450Vdc和750Vdc為例，進(jìn)行如下測試：

六、絕緣檢測的硬件實(shí)現(xiàn)

在實(shí)際產(chǎn)品中，我們采用的絕緣檢測電路原理圖如圖8所示。該電路包括了兩個繼電器的控制電路，電流采樣的放大電路。將這個電路簡化成原理圖框形式，如圖9。

圖略

圖8 NIO20000 G1 絕緣檢測電路原理圖

控制K+和K-的兩個繼電器的原邊和MCU的GND共地。對Rs的電壓采樣經(jīng)TLP7820隔離并放大8.2倍后再經(jīng)過差分放大器LM2904進(jìn)行了1.5V偏置后送到MCU的ADC口。

圖9 G1絕緣檢測的原理框圖

DC+和PE之間的等效電阻Rx，DC-和地之間的等效電阻Ry。在圖9等效電路中，DC+和DC-之間的電壓是已知的，是充電模塊的輸出電壓，是車輛通信握手報(bào)文內(nèi)的最高允許充電總電壓和供電設(shè)備額定電壓中的較小值; Rs兩端的電壓由模數(shù)轉(zhuǎn)換器獲得，VADC=Vs*8.2+1.5V。; R1和R2是已知的。

K+閉合，Rs兩端電壓為Vs1，VAD1為K+閉合AD采樣電壓，充電模塊輸出電壓為Vout，可得關(guān)系式

Vs1 /Rs* (R1+Rs) + [Vs1 /Rs*(R1+Rs) / Rx + Vs1 /Rs ] * Ry= Vout （1）

K-閉合，Rs兩端電壓為Vs2，VAD2為AD采樣電壓，可得關(guān)系式：

Vs2 /Rs* (R2+Rs) + [Vs2 /Rs*(R2+Rs) / Ry + Vs2 /Rs ] * Rx= -Vout （2）

R1=R2 (3)

由（1）（2）（3）可得：Vs1/Vs2-=-Rx/Ry (4)

把（4）代入（1）（2）可得：

Rx=-[8.2*Rs*Vout+(R1+Rs)*(VAD2-VAD1)]/（VAD2-1.5 ）（5）

Ry=[8.2*Rs*Vout+(R1+Rs)*(VAD2-VAD1)]/（VAD1-1.5）（6）

其中Rs=0.1，R1=500代入（5）（6）

Rx=-[0.82*Vout+500.1(VAD2-VAD1)]/(VAD2-1.5)

Ry=[0.82*Vout+500.1(VAD2-VAD1)]/(VAD1-1.5)

七、絕緣檢測的軟件實(shí)現(xiàn)

在18487.1的附錄B和27930中已規(guī)定了絕緣檢測的嚴(yán)格時序，但在具體的工程實(shí)現(xiàn)上有一些值得說明的細(xì)節(jié)。

（1）對絕緣阻值結(jié)果影響較大的就是ADC采樣值。如果采樣電阻阻值與總阻值的比值越大，ADC采樣值的浮動則對最終的阻值影響越??；反之，如果采樣電阻阻值與總阻值的比值越小，ADC采樣值的浮動則對最終的阻值影響越大。在基于圖9的硬件電路基礎(chǔ)上，ADC的采樣值即使浮動±0.01也會讓阻值有很大的誤差。ADC的采樣濾波在軟件實(shí)現(xiàn)上有平均值濾波，中位值濾波和一階低通濾波等多種算法。一階低通濾波后的采樣值，能夠使絕緣阻值結(jié)果穩(wěn)定，且與實(shí)際阻值誤差最小。

（2）為防止絕緣檢測過程，因某個條件不滿足導(dǎo)致充電流程停滯在絕緣檢測階段，需在絕緣檢測過程增加超時判斷（1分鐘以內(nèi)），例如：絕緣檢測第一個過程需要檢測接觸器外側(cè)電壓小于10V才能繼續(xù)往下執(zhí)行，若該條件不滿足，且無判斷超時，充電流程將一直停滯在該階段無法繼續(xù)執(zhí)行后面的充電流程，最終將導(dǎo)致充電樁一直無反應(yīng)。

八、絕緣檢測過程的實(shí)測波形

目前，直流充電機(jī)在絕緣檢測控制時有2種時序：

（1）在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18487.1-2015《電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 第1部分：通用要求》附錄B.5 充電連接控制時序中，對絕緣檢測的時序要求為，充電機(jī)先輸出絕緣檢測電壓，然后閉合K1/K2，進(jìn)行絕緣檢測。

實(shí)測波形如下，充電機(jī)模塊先輸出絕緣檢測電壓（CH1）,電壓到達(dá)要求的檢測值后，K1K2閉合（CH3），充電機(jī)通過繼電器投切分別對DC+/PE、DC-/PE進(jìn)行絕緣檢測，檢測完成后，K1K2斷開，并對輸出電壓進(jìn)行泄放。

CH1：K1K2前端電壓 CH2：K1K2后端電壓 CH3：輸出接觸器驅(qū)動電壓

(2) 在實(shí)際應(yīng)用中，由于部分車輛直流充電口處帶有電容，當(dāng)充電機(jī)模塊先輸出電壓然后再閉合K1/K2時會產(chǎn)生很大的沖擊電流，會造成直流接觸器K1K2主觸點(diǎn)粘連故障。為解決這個問題，在絕緣檢測時會將直流接觸器的閉合時間前移至模塊絕緣檢測電壓上升前，即先閉合K1/K2，再使能模塊輸出電壓進(jìn)行絕緣檢測。

實(shí)測波形如下，K1/K2先閉合（CH4），充電機(jī)模塊輸出絕緣檢測電壓（CH1），電壓到達(dá)要求的檢測值后，充電機(jī)通過繼電器投切分別對DC+/PE、DC-/PE進(jìn)行絕緣檢測，檢測完成后，K1/K2斷開，并對輸出電壓進(jìn)行泄放。

CH1：K1K2前端電壓 CH2：K1K2后端電壓 CH4：輸出接觸器驅(qū)動電壓

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保護(hù)接地

絕緣電阻

介電強(qiáng)度

泄露電流、漏電流、接觸電流、保護(hù)導(dǎo)體電流、剩余電流

二、 絕緣電阻的測量方法

五、 “絕緣檢測"功能試驗(yàn)及自測方法

六、 絕緣檢測的硬件實(shí)現(xiàn)

七、 絕緣檢測的軟件實(shí)現(xiàn)

八、 絕緣檢測過程的實(shí)測波形

泄露電流、漏電流、接觸電流、保護(hù)導(dǎo)體電流、剩余電流

二、絕緣電阻的測量方法

五、 “絕緣檢測"功能試驗(yàn)及自測方法

六、絕緣檢測的硬件實(shí)現(xiàn)

七、絕緣檢測的軟件實(shí)現(xiàn)

八、絕緣檢測過程的實(shí)測波形