相對于車載低壓系統(tǒng)和車體絕緣,電動汽車的電驅(qū)動系統(tǒng)具有高電壓和大電流的動力電路。電驅(qū)動系統(tǒng)與工業(yè)電機系統(tǒng)相比工作環(huán)境較為惡劣,高壓系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)也會受到環(huán)境因素的影響。
例如,在電應力和熱應力的作用下高壓系統(tǒng)絕緣材料的性能會發(fā)生變化,從而導致電纜的絕緣強度下降;化學液體附著在絕緣材料表面而產(chǎn)生的氧化和分解等化學反應會改變材料的化學結(jié)構進而導致絕緣老化;汽車的振動造成電纜的磨損以及低溫環(huán)境下絕緣材料變硬變脆,會使絕緣材料物理結(jié)構發(fā)生改變,導致發(fā)生絕緣失效故障。絕緣失效不僅會對電氣系統(tǒng)的運行產(chǎn)生影響,更嚴重的是會發(fā)生人體觸電的危險。
對于絕緣故障,目前的電動汽車主要采用的是被動式觸電防護措施,而對于絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測這類主動式防護措施尚處在研發(fā)及樣車實驗階段。目前已經(jīng)有幾種適用于電驅(qū)動系統(tǒng)的絕緣在線檢測方法。
例如:平衡電橋法是在正負母線上構建一個由等效電阻組成的電橋,當絕緣電阻發(fā)生不對稱時,電橋失去平衡進而產(chǎn)生絕緣警告。平衡電橋法電路設計簡單便于實現(xiàn),但在線檢測功能上只能實現(xiàn)直流系統(tǒng)接地故障檢測,不能確定對地絕緣電阻的大小,在發(fā)生正負極母線絕緣電阻同時下降的情況時無法檢測。切換電橋法通過開關切換改變母線對地的絕緣電阻狀態(tài),計算出正負母線對地的絕緣電阻值,而電阻阻值的選取對檢測結(jié)果的準確度影響較大,而且可能會出現(xiàn)母線對地絕緣電阻降低的風險。
上述兩種在線檢測方法在電驅(qū)動系統(tǒng)運行過程中,受到高壓設備產(chǎn)生的電磁干擾會降低檢測精度,出現(xiàn)誤報絕緣故障的情況。
為了提高絕緣在線監(jiān)測的抗干擾能力,有學者通過隔離變壓器分別給正負母線與地之間注入700V直流高壓,并通過測量分壓電阻壓降,對比分壓比來計算正負母線對地絕緣電阻,同時也解決了電橋法在電源開路狀態(tài)下無法檢測絕緣電阻的問題。
有學者考慮到直流注入信號發(fā)生電路對系統(tǒng)電路的干擾,采用切換橋式法和高壓信號注入法結(jié)合的方式,在開路時采用高壓信號注入法,電驅(qū)動系統(tǒng)工作時采用切換電橋法,雖然可以實現(xiàn)實時檢測,但仍然存在電磁干擾對測量的影響。
還有利用信號發(fā)生器向直流母線中注入2~10Hz信號的低頻信號檢測法,向直流母線中注入幅值相等的變頻信號,通過建立各頻率的方程,得出精度較高的母線對地絕緣電阻,而獲得這樣的結(jié)果需要對檢測信號進行小波變換和信號提取等復雜的運算,對檢測系統(tǒng)的處理器性能要求較高。
直流漏電流檢測法可以不向直流母線中注入任何信號,直流量的測量結(jié)果不受母線對地寄生電容的影響,實現(xiàn)了母線漏電流的隔離檢測。但是漏電流傳感器在電動汽車復雜的電磁環(huán)境下產(chǎn)生的溫漂和零漂問題,也會降低絕緣電阻的測量準確度,在應用中還需進一步改進。