直流充電樁的絕緣檢測

更新時(shí)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(xiǎn), 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(shí)，人體的內(nèi)部器官（如心臟等）受到的傷害，它是最危險(xiǎn)的觸電傷害。

人體作為一個(gè)“導(dǎo)電體"，接觸到帶電導(dǎo)體時(shí)，如果流過的電流為40-50mA，且維持時(shí)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(shí)，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(xiǎn)電壓，一旦人員觸及故障設(shè)備的外露導(dǎo)電部分時(shí)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(xiǎn)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間的縮短，發(fā)生心室纖顫導(dǎo)致電擊死亡的危險(xiǎn)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(shí)，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(shí)，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(shí)，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(gè)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(gè)絕緣體在施加直流電壓之后，通過的電流隨著時(shí)間由大到小變化。開始時(shí)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(shí)間而減小的，最后達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的電流，這個(gè)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(shí)，絕緣材料便會瞬間失去絕緣特性，使整個(gè)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(shí)間，若在此時(shí)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(gè)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(gè)或多個(gè)裝置或設(shè)備的可觸及零部件時(shí)，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(shí)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(gè)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(shí)，流過不同電位導(dǎo)體之間絕緣材料中的電流。這個(gè)也就是我們在檢測電器產(chǎn)品絕緣性能時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)， U+≠-U-。當(dāng)發(fā)生絕緣接地故障時(shí)，則R+或R-為有限值，此時(shí) U+≠-U-，當(dāng)R+≤ R-時(shí)，則有 U+≤U-，反之亦然。如果發(fā)生R+=R-都為有限值時(shí)，即正負(fù)母線絕緣電阻同等下降，此時(shí) 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(gè)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(gè)過程分為２個(gè)階段，第１階段發(fā)出＋５V電壓時(shí) ，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(shí)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(gè)方波周期內(nèi) ，圖３可分為２個(gè)區(qū)域和２個(gè)時(shí)刻，第１時(shí)刻如１所示，稱作放電分壓時(shí)刻，第２部分區(qū)域?yàn)镽C放電區(qū)，第３時(shí)刻如３所示，其為充電分壓時(shí)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(gè)：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(gè)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(shí)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(shí)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(gè)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(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)序圖和表B.2 直流充電控制時(shí)序表中，對絕緣檢測的相關(guān)時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)，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(gè)繼電器的控制電路，電流采樣的放大電路。將這個(gè)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(gè)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(shí)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小；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(gè)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(shí)判斷（1分鐘以內(nèi)），例如：絕緣檢測第一個(gè)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(shí)，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(shí)有2種時(shí)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(shí)序中，對絕緣檢測的時(shí)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(shí)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(gè)問題，在絕緣檢測時(shí)會將直流接觸器的閉合時(shí)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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直流充電樁的絕緣檢測

直流充電樁的絕緣檢測

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

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

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