四 動力電池包絕緣阻值檢測

1.動力電池包組成

混動、純電動汽車的動力電池系統通常工作電壓為100～800V，而單體電池的電壓為3.7V（三元鋰離子電池），這時需要將多節的單體電池通過串并聯的方式組成動力電池包（Battery Pack），以滿足電壓和容量的要求。動力電池包成組的過程中并不是簡單將單體電池串并聯，而是根據動力電池箱的結構、尺寸先將單體電池組成電池模組，再將電池模組串并聯組成動力電池包，并根據需要在動力電池包內系統集成接觸器、熱管理系統、電池信息采集系統、電池管理系統等。電池模組由多節單體電池通過串聯或并聯組成，并聯可提高電池模組的容量，串聯可提升電池模組的電壓。如圖1-14所示，4節額定電壓為3.7V、額定容量為1A·h的三元鋰離子電池通過并聯成電池模組，模組電壓仍為3.7V，而額定容量變成了4A·h；4節同樣的鋰離子電池通過串聯組成電池模組，模組電壓變為14.8V，而額定容量仍為1A·h。

為了形象表達電池模組的單體電池連接關系，通常對動力電池模組進行編號，用字母S表示串聯，用字母P表示并聯，如某電池模組型號為2P5S，代表該電池模組由2個單體電池并聯，再將5組并聯后的電池串聯，如圖1-15所示。該電池模組共包括10個單體電池，輸出電壓為18.5V，容量為2A·h。

2.動力電池包安全要求

2020年5月12日，工業和信息化部組織制定的GB 18384—2020《電動汽車安全要求》強制性國家標準由國家市場監督管理總局、國家標準化管理委員會批準發布，于2021年1月1日起開始實施。新標準代替了GB/T 18384.3—2015《電動汽車 安全要求 第1部分：車載可充電儲能系統（REESS）》、GB/T 18384.2—2015《電動汽車 安全要求 第2部分：操作安全和故障防護》和GB/T 18384.3—2015《電動汽車 安全要求 第3部分：人員觸電防護》。

GB 18384—2020《電動汽車安全要求》規定對于B級電壓電路（交流電壓大于30V且小于等于1000V，直流電壓大于60V且小于等1500V）電能存儲系統（動力電池包）或產生裝置（燃料電池堆）在外部以及內部高壓電氣部件的第一可視面醒目位置設置高壓危險標識，黑標、黑框、黃底，如圖1-16所示。在高壓標識附近還應清晰注明動力電池包的類型，如鎳氫電池、鋰離子電池等。

在動力電池的生命周期內，其高壓電氣系統的輸出端（正極和負極）與動力電池箱體間的絕緣阻值應大于500Ω/V。除此以外，按標準的要求，動力電池包的絕緣防護設計還需要考慮密封性能，主要是因為水或水蒸氣進入動力電池包內部會引起系統內部的高壓帶電部分與殼體通過阻值較低的水相連接，導致高壓絕緣失效。一般動力電池的絕緣監測通過動力電池管理系統（BMS）來進行，BMS對動力電池漏電的檢測分三種狀態，見表1-5。

3.動力電池絕緣阻值測量

按照GB 18384—2020《電動汽安全要求》和GB 38301—2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》，測量動力電池絕緣電阻時，若動力電池的電流接合開關集成在動力電池內部，測量時接合開關應全部閉合。如果車輛有動力電池絕緣電阻監測系統時，應將其關閉，以免影響測量值。動力電池包絕緣電阻測量以完全充滿電狀態進行，環境溫度為22℃±5℃，濕度為15%～90%。電壓檢測工具的內阻應≥10MΩ。

動力電池絕緣阻值的具體的測量步驟如下：

1）使動力電池包或系統內的電力、電子開關處于激活狀態，保證動力電池包處于接通（上電）。

2）用相同的兩個電壓檢測工具同時測量動力電池包正、負極兩個端子和電平臺之間的電壓，如圖1-17a所示。待讀數穩定，較高的一個為U₁，較低的一個為U₁′。

3）添加一個已知電阻R₀，阻值宜選擇1MΩ。如圖1-17b所示并聯在動力電池包的U₁側端子與電平臺之間。再用步驟2）中的兩個電壓檢測工具同時測量動力電池包的正、負極兩個端子和電平臺之間的電壓，待讀數穩定后，測量值為U₂和U₂′。

4）計算絕緣電阻R_i。

R_i可以使用R₀和四個電壓值U₁、U₁′、U₂和U₂′以及電壓檢測設備內阻r代入式（1-1）或式（1-2）來計算。

上述動力電池包絕緣電阻測量方法與整車高壓電氣部件上電狀態絕緣電阻測量方法一致。除了上述動力電池包絕緣電阻測量方法外，GB 38301—2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》還給出了第二種測量方法，使用絕緣檢測儀直接測量動力電池包正、負端子對電平臺絕緣阻值。具體步驟如下：

1）使動力電池包或系統內的電力、電子開關處于激活，保證動力電池包處于接通狀態。

2）使用絕緣檢測儀分別測量動力電池包正、負極兩個端子與電平臺之間的絕緣電阻（注：動力電池包電平臺可以是與整車電平臺連接的可導電外殼）。

3）絕緣檢測儀的測量電壓應為動力電池包標稱電壓的1.5倍或500V(DC)電壓的較高值。絕緣檢測儀測量時間應該足夠長，以便獲得穩定的讀數，推薦值為30s。