电池系统在出厂的型式试验中,必须要做绝缘测试甚至耐压测试,有时候出现绝缘/耐压测试不通过,甚至烧毁BMS的情况。排查原因时间过长势必影响产品下线与出货进度。本文主要来讨论电池系统绝缘或耐压测试过程中,究竟可能有哪些原因导致绝缘/耐压测试不通过。
”
绝缘或耐压测试方法
QC
/
T 897
与
新版国标
GB/T 38661中
分别有规定
B
MS
绝缘
电阻
和耐压的
测试方法
。
测试绝缘电阻用的是
DC,
而耐压则使用
AC。以
绝缘电阻测试方法为
例,
分别对比
QC/T 897与GB/T38661。
以下QC/T 897要求
测试绝缘电阻方法,规定
在
电压采样端子与壳体之间用
500V DC测试。不过在
实际
的
测试过程中
一般是
高于这个要求的。
以下
为新版国标
GB/T 38661
-2020
中
规定的绝缘电阻测试方法。
以
绝缘电阻为例,其中主要体现了
三
个变化:一是测试电压等级根据电池系统的电压等级有所变化,不再
只是500V,最高
用
1000V测试
(
现在
的实际项目
电池系统
总压基本大于
300V,
因此基本
是
用
1000V测试
绝缘电阻了)
;
二是测试时间要求持续
60S;
三
是将
壳体
改为
对供电电源端子(
就是
低压供电的正负极)
。
第三
点
更符合实际情况,因为
BMS壳体
在装车前并不一定就等效于低压
电源
负,可能电池系统装车后
壳体
才
搭铁至低压
电源
负
。
以GB/T 38661方法
为
例,简化
测试模型如下所示,分别在总负对
地
低
压
电源地
之间
、总正对低压电源地之间
测试
绝缘电阻
(这里
低压电源地
当做
了
电池箱
壳体
)。
假设
电池组总压
350V,
当
1000V绝缘表
测试总负对地
时
,根据叠加定理知
,
总正端对地实际有
1350V电压
。显然
靠近
总正端
更容易出现高压击穿
。
下图
总正对地打绝缘,根据叠加定理,此时总负端对地电压只有
1000
-350=650V
,
总负端
出现
低绝缘电阻概率会低一些。
从上面分析
看出,打绝缘时
,
总正
端
总会承受更高的电压,总正端
更
容易出现高压击穿。
绝缘或耐压测试不通过的原因
一旦
绝缘测试不通过,出现绝缘电阻偏低,有哪些可能原因?
可以分
两个方面
来分析
。
如
下图,将
AFE与BCU一起
画出来。
第1种
情况,绝缘电阻偏低,指的是图中
R1等效
电阻偏低。
R
1
是
电池
模组
的放电
端
(
正负极
)
与
电池
壳体之间
绝缘电阻。
此时
打绝缘或耐压,R1
漏电流
必然超过规定,绝缘测试
NG。这种
情况是也是最
做
绝缘或耐压测试的主要原因
,
就是为了筛选出
绝缘
电阻不达标的产品。
第2种
情况,很多时候不太注意到。
即通过
图中
R2形成
击穿回路。
R
2
指的是模组
采集板上的
电压
采集端与温度采集
端(NTC)的
等效接触电阻
。如果NTC是
的采集在
BMS内部
没有做高低压的隔离,则有可能出现这种失效模式。
比如以下
模组电压采集
与
温度采集
都
集成在F
PC上
。
NTC采集
模组铝排的温度,
如果NTC与
电池
电压
采样走线
的
电气间隙不够,
并且NTC电压
信号
在BMS内部通过AD
转换成
数字
信号并没有高低压隔离,则在绝缘
/耐压
测试过程中有可能出现耐压击穿损坏
BMS的
情况。幸运
的
话,也会能直接在
NTC表面
看见电击闪络。
绝缘或耐压测试不通过导致的后果
先
对第一种情况做一个仿真,搭建如下模型
,
假设
R5是
绝缘电阻,其值只有
0.5Ω
,
总负端DC 1000
V
打绝缘测试
,当
S1闭合
时
,
观察
端口1与2之间
的电压变化。
示波器
显示,端口
1与2之间
电压由
12.6V跳变
只-95.893V
,
端口
1与2是
直接
连
接
AFE电压采样线,
可
见电池组
与壳体之间绝缘电阻偏低有
一定
概率在打绝缘时
烧毁BMS的AFE芯片
或相关
器件
。
第2种
情况,
当
高压通过
NTC耦合
到
BMS的
低压电源地之后,由于
BMS地
有很多电容,这时高压
脉冲
可能再通过这些电容耦合,最终
击穿
损坏某些元器件,尤其是
IC类
器件。
这些元器件也
可能
在BCU中
,也可能在
BMU中
。所以当发现有元器件因打绝缘损坏,不可轻易判断
为BMS的
设计缺陷。当然
,BMS也有
进一步优化的
空间
,比如将温度采集模块高低压隔离开
,
但
更
直接的改善方向则是优化改善
FPC中NTC与
电压采样线之间的电气间隙。
总结
本文
主要探讨电池系统在绝缘耐压测试过程中 失效 的 两种可能性 原因, 第1种 可能是由于模组与电池包壳体绝缘电阻低 (比如组装 过程电芯裹膜被金属 颗粒 物刺破 ), 这种真实的绝缘电阻偏低,当绝缘或耐压测试时 , 有概率会烧损 AFE芯片 或其相关元器件;第 2种 情况 , 温度传感器 NTC模块 如果不是高低压隔离, 当 FPC 上 的传感器 NTC与 电压采样 走线之间 电气间隙不足,则 在 绝缘耐压测试时有可能 损坏BMS中某些 元器件 , 此时直接改善方向 是 优化改善 FPC中NTC与 电压采样线之间的电气间隙 。