1.无源接地方法

目前，国内外对直流系统的绝缘电阻检测已经有了部分研究，检测方法大多为外接电阻切换测量。这种方法在母线单端接地的情况下可以准确检测到绝缘故障。采用差流原理检测电力系统直流母线的绝缘电阻，同样属于无缘绝缘检测方法的范畴。无源接地方法的基本原理是在直流正负母线和车体搭铁之间接入一系列电阻，然后通过电子开关或者继电器切换接入阻值的大小，测量在不同接入电阻情况下正负母线在被测电阻上的分压，最后通过解方程式计算出正负母线对地的绝缘电阻。

（1）测量原理

无源接地方法检测电路原理如图10-2所示。R₅、R₆为已知电阻的标准电阻，阻值较大且相同，否则会降低绝缘。运算放大器A和电阻R₁～R₄构成的比例电路用来测量母线电压及正极对地电压，比例电路的作用是把高压转变成可供单片机使用的低压，U₀正比于母线电压，U₁正比于正极对地电压。

当开关管S断开时，可测出此时的U₁和U₀。由电路可知，R₊/（R₊+R_-）=U₁/U₀，U₁正比于U₊，U₀正比于（U_-+U₊）。根据U₁/U₀的值可知正负极绝缘电阻哪一个更小，若U₁/U₀≥0.5，则说明正极比负极绝缘要好，反之则差。通过控制接通开关S，在正母线与地之间接入测量偏置电阻R，测量此时U₁和U₀值，得到U′₁和U′₂，计算公式为

图10-2 无源接地方法检测电路原理图

式中，R′₅、R′₆分别为电阻R₅、R₆与绝缘电阻的并联值。通过两次测量结果，由式（10-1）即可计算得到正负极对地绝缘电阻的大小。

（2）测量过程

根据GB/T 18384.1—2015《电动汽车安全要求 第1部分：车载可充电储能系统（REESS）》的规定，为了进行测量，动力蓄电池（包括动力蓄电池所有的外部部件，如电热器、检测装置）应与汽车电底盘断开。在整个试验过程中，动力蓄电池的开路电压等于或高于其标称电压值；动力蓄电池的两级应与动力装置断开；试验用的伏特表应能测量直流电压，其内阻应大于10MΩ，测量应在（23±5）℃的环境下按照图10-3～图10-6所示的三个步骤进行。

图10-3 U₁的测量

图10-4 U′₁的测量

第1步：按照图10-3的方法首先测量电池负极对地的电压值U₁。

第2步：按照图10-4的方法测量电池正极对地的电压值U′₁。

第3步：测量分压电压U₂。

如果U₁＞U′₁，则根据图10-5所示的分压方式进行测量，测量的数据记录为U₂。

如果U₁＜U′₁，则根据图10-6所示的分压方式进行测量，测量的数据记录为U′₂。图中R₀为100～500Ω/V的标准电阻（按动力蓄电池的标称电压计算）。

图10-5 U₂的测量（U₁＞U′₁）

图10-6 U′₂的测量（U₁＜U′₁）

如果U₁＞U′₁，绝缘电阻R_i为

如果U₁＜U′₁，则绝缘电阻R_i为

另外，也可以按照GB/T 18384.1—2001附录A给出的推导方法为基础，选择使用下列公式进行绝缘电阻的计算。(www.daowen.com)

如果U₁＞U′₁，则绝缘电阻R_i为

如果U₁＜U′₁，则绝缘电阻R_i为

2.电压注入式绝缘电阻检测方法

无源接地检测绝缘电阻的方法简单可行，物理意义直观，但是该方法存在几个缺点。首先，检测电路在动力蓄电池组正负母线和车体之间连接了电阻，检测装置的接入降低了车体的绝缘性能，还会增加电池的自放电率；其次，当正负母线对地绝缘电阻相等时，此时绝缘电阻无法计算；最后，当电池组总电压过低或者电池组开路故障时，由于无法测量电阻上的分压，则该方法也无法计算得到绝缘电阻。

图10-7所示为电压注入式绝缘电阻检测原理图。该检测方法需要通过隔离变压器分别给正负母线和车体之间注入700V直流高压，通过高精度A-D芯片测量分压电阻的压降，通过对比分压比来计算正负母线对地绝缘电阻。

车体通过开关S₁、S₂和电阻R₁～R₈与正负母线相连，S₃、S₄为高速MOS管，微处理器发出PWM信号控制S₃、S₄的通断，在变压器二次侧形成高达700V的直流高压。具体测量过程如下：

图10-7 电压注入式绝缘电阻检测原理图

1）闭合S₁、S₂，断开S₃、S₄，通过测量在电阻R₄、R₆的分压U₂、U₄，得到

由此得出正负母线对地绝缘电阻的比值为

2）如图10-8所示，断开S₂，闭合S₁，通过微处理器输出PWM信号控制S₃，此时变压器一次侧与12V电压源形成脉冲电流，在二次侧感应出高压信号，通过阻容滤波后得到高压直流信号，此时二极管导通，该高压同时加在负端绝缘电阻R_n上。此时测量R₃、R₄上的分压得到U′₁和U′₂。

可知负端母线对地电压U_Rn为

图10-8 高压注入过程示意图

根据戴维南定理，有

由于R₁阻值较大，约为50MΩ，式（10-7）可以简化为

联合式（10-3）、式（10-5）、式（10-6）和式（10-8）解方程，可得电池正负母线对车体的绝缘电阻为

式中，n为R_n与R_p分压比。

上述绝缘电阻是在正负母线带电的前提条件下得到的。假设正负母线不带电，则可以分别闭合S₁和S₂，在正负母线和车体之间注入高压，测量U₂、U₄，得到此时的漏电流，就可以计算正负母线对车体的绝缘电阻。此时该测量方法等效于电子兆欧表测试方法。