摘要：現(xiàn)有的儲能系統(tǒng)BMS檢測絕緣阻抗時，通常直接借用電動汽車動力電池的絕緣電阻檢測方法。而參考電動汽車安全要求第1部分GB/T 18384.1-2015中給出的絕緣電阻測量原理，一般會采用電橋法進行測量。絕緣電阻不是我們常規(guī)理解的定值電阻，它與系統(tǒng)中固有的雜散分布式電容或?qū)Φ豗電容等有關(guān)，會導(dǎo)致國標中給出的測試方法失效。這種失效現(xiàn)象目前在大容量儲能系統(tǒng)中非常突出，本文將從原理上進行分析。

一、直流絕緣檢測的標準和原理

在GB/T 18384.1-2015車載可充電儲能系統(tǒng)中規(guī)定BMS需要對動力電池系統(tǒng)所有部件集成完畢的狀態(tài)下進行絕緣檢測，且采用絕緣電阻阻值來衡量絕緣狀態(tài)。絕緣電阻可分為總正對地和總負對地。

現(xiàn)有的儲能系統(tǒng)BMS檢測通常直接借用車載系統(tǒng)及其標準，主要采用電橋法測量，結(jié)合PCS（儲能變流器）系統(tǒng)，整個儲能系統(tǒng)的絕緣檢測原理如下圖1-1所示：


根據(jù)上圖，Rx是BAT+對地電阻，Ry是BAT-對地電阻，R1，R2是測量用的已知阻值的標準電阻，測量方法如下：

步驟1：閉合RLY1，斷開RLY2，采集U1點對地的電壓為U1，采集電池的總電壓為U;

步驟2：閉合RLY2，斷開RLY1，采集U2點對地的電壓為U2，采集電池的總電壓為U;


分時切換RLY1和RLY2，根據(jù)步驟1和步驟2，以及上述兩個方程，進而可解出Rx，Ry的值；Rx和Ry分別為電池總正和總負對地的絕緣阻抗值。

二、儲能系統(tǒng)絕緣檢測的問題及其分析

將上述檢測方法應(yīng)用于大容量儲能系統(tǒng)后，出現(xiàn)了誤報絕緣阻抗過低，實際并無絕緣異常的問題。以下將對誤報的原因進行分析。

1.電橋法的自身問題

在采用電橋法測量絕緣電阻的過程中，當閉合KM2后，電池與PCS系統(tǒng)直流側(cè)相連接，由于PCS內(nèi)部有對地Y電容，根據(jù)檢測原理圖2-1所示，電池的絕緣檢測回路在進行通道切換時，Rx，Ry，R1，R2等電阻連接了電池正，負以及PE，在進行正負分別切換檢測時，PE點相對于電池正和負會有電平跳動，會通過PE、Y電容、電池線纜形成回路，給PCS內(nèi)部的Y電容充放電


電池正負對地的阻抗檢測回路在進行切換過程中，PCS直流側(cè)對地的Y電容對地會有充放電，在交流耦合過程中，電容對地阻抗非常小，絕緣阻抗的檢測結(jié)果也會很小，進而報出絕緣檢測故障。

2.非隔離系統(tǒng)

對于非隔離PCS系統(tǒng)，PCS交流側(cè)掛接于市電，由于市電側(cè)可能掛接多種負荷，市電的交流進線相對于PE的阻抗較小，在非隔離系統(tǒng)中，除了直流側(cè)檢測中的充放電回路，PCS一旦閉合交流接觸器或者繼電器，相比于PCS開機工作（閉合交流側(cè)接觸器或繼電器）之前，同樣采用電橋法測量，直流側(cè)的絕緣阻抗檢測會更低，甚至趨近于0。


3.多機非隔離并聯(lián)

對于采用多模塊非隔離并聯(lián)系統(tǒng)，非隔離PCS可以簡單理解為電池端到交流端有一定的阻抗，這樣BMS內(nèi)阻通過PCS內(nèi)阻到交流端并聯(lián)，進而呈現(xiàn)了阻抗并聯(lián)的效果，大規(guī)模并聯(lián)后，采用電橋法測量絕緣阻抗時，BMS的檢測回路也會通過非隔離系統(tǒng)并聯(lián)，降低絕緣阻抗檢測值。

所以對于多機并聯(lián)檢測，需要一定的BMS時序控制，避免BMS檢測內(nèi)阻相互影響。


通過上述分析，綜合整個儲能系統(tǒng)應(yīng)用來看，影響到儲能系統(tǒng)BMS絕緣檢測問題的主要兩個因素是，電橋法，BMS檢測內(nèi)阻；

三、解決方案

最直接有效的是不采用電橋法來檢測絕緣電阻，可以采用主動注入式檢測法等，這里不再詳述；可以直接實時檢測非隔離，多機并聯(lián)的交直流絕緣阻抗。

如果仍然采用電橋法，根據(jù)BMS絕緣檢測內(nèi)阻和PCS 端口Y電容容量，BMS延長通道切換至絕緣電阻采樣讀取的時間，確保BMS檢測過程中的充放電回路穩(wěn)定；同時對于多模塊并聯(lián)系統(tǒng)方案，絕緣檢測采用輪詢方式，可以解決電橋法引入的絕緣阻抗檢測值偏低問題。

當儲能系統(tǒng)采用的是梯次退役電池，并且BMS策略更新維護困難，可以屏蔽BMS自身電橋法絕緣檢測功能，外加多分支的絕緣檢測裝置來解決。新艾電氣組串集中式產(chǎn)品將此充分應(yīng)用在多個項目案例中，使得梯次電池包不進行任何軟件或硬件改造即可使用，比如新艾在南網(wǎng)的大規(guī)模梯次電池應(yīng)用的項目案例。