摘要：随着新能源汽车的逐渐普及，汽车维修从业人员必须尽快学习并适应新的技术挑战。由于新能源汽车动力电池的电压普遍高于300V，故其高压线束绝缘的可靠性对车辆、驾乘和维修技师的安全都十分重要。本文从高压线路实时绝缘监控入手，以宝马混合动力汽车为例，阐述和分析了新能源汽车高压绝缘监控原理和维修注意事项，为新能源汽车的检测和维护提供安全保障。
关键词：新能源汽车; 动力蓄电池; 绝缘监控; 维修;
Insulation Monitoring Principle and Maintenance Attention Points of New Energy Vehicles
LYU Xu ZHOU Yuan-fang
Department of Vehicle Engineering, Shanxi Traffic Vocational and Technical College
Abstract：With the gradual popularization of new energy vehicles, automobile maintenance practitioners must learn and adapt to the new technical challenges as soon as possible. Since the power battery voltage of new energy vehicles is generally higher than 300 V, the insulation reliability of high-voltage wiring harness is very important for the safety of vehicles, drivers and maintenance technicians. Starting from the real-time insulation monitoring of high-voltage lines, taking BMW hybrid electric vehicle as an example, this paper expounds and analyzes the high-voltage insulation monitoring principle and maintenance attention points of new energy vehicles, so as to provide safety guarantee for the detection and maintenance.
随着人们环保意识的日益觉醒和环保法规的日益完善，国内外各汽车制造厂家不断推出新能源车型。根据欧盟制定的汽车业相关碳排放法规，到2021年汽车的平均碳排放量要降到95 g/km，折算成汽油油耗相当于每百公里4.1 L汽油或3.6 L柴油。而欧盟理事会在2018年通过的草案上，更是提出到2030年在这个基础上再降低37.5%的二氧化碳排放[1]。要达到这种能源消耗水平，单纯耗油车辆显然难以实现。有鉴于此，能够预见各种低排放或零排放的新能源车型将越来越普及。汽车维修从业人员也将会更多地服务于新能源车辆。
相较于传统车型，新能源车型的驱动原理、结构组成、日常维护项目和内容都有很多差异，其中在动力储存、输出和传动过程中不可避免会出现高电压和大电流的情况。因此如何确保新能源车辆高压系统和车身的绝缘性能，并在保证安全的前提下完成整车的检测和维护工作是十分重要的。
目前，国内外对于新能源车型的检测和维护工作过程中涉及的相关电力系统的绝缘安全问题尚没有一个统一的安全检测标准及相应的作业规程，各厂家及其整车的维护保养作业基本遵从生产厂家根据自己的技术维护标准自我制定的技术要求和相应作业规范进行。有鉴于世界范围内新能源车辆的快速发展及市场占有率的快速提高，有必要对其检测和维护工作过程中涉及的一些共性问题进行总结和必要的优化，此举对于提高新能源车辆维护保养的总体质量和保证从业人员的作业安全是十分必要的。基于这一设想和长期从事新能源车辆专业教学及车辆日常检测维护的作业实践，笔者以目前国内外公认的高端车型———宝马G38PHEV (5系插电混动，以下简称宝马）为例，对新能源汽车高压线路绝缘监控的原理和维修注意事项进行研究分析。
1 新能源汽车高压电安全性分析
新能源汽车高压系统正负极线路和车辆12 V低压系统之间没有直接的电气连接，高线系统负极和车身之间是绝缘的，即这是一种两线制不接地系统。高压和低压之间，除了高压系统通过DC/DC转换器为低压蓄电池充电之外，没有其他的连接。
如果因为线束老化等原因导致高低压系统之间的绝缘水平降低，将导致高压路和低压线路、车身之间漏电，可能影响低压设备正常工作，产生热量积聚甚至发生火灾。如果一条线束对车身的绝缘水平严重降低，车辆乘员接触到另一条线束时，可能导致车辆乘员直接遭受高压电击伤害。因此，GB 18384—2020电动汽车安全要求中明文规定电动汽车应该具备绝缘监控系统，以满足车辆安全的要求[2]。
新能源汽车绝缘监控系统可以实时监控高压正负极线束相对于车辆底盘的绝缘性能，是高压电安全的核心系统，对乘员安全和车辆安全具有重要意义。各主机厂在新能源车型上都对绝缘监控系统进行了专门的设计和严格的验证[3]。汽车维修从业人员必须掌握其工作原理和维修作业相关注意事项，这是从事新能源汽车维修工作的必要前提之一。
2 宝马G38P HEV新能源汽车绝缘监控的原理
2.1 绝缘监控标准值和控制逻辑
宝马的高压电池额定电压为350 V，最大电压可达401 V，电池容量37 A·h，可用电量11 k W·h，制冷形式为制冷剂制冷。
根据宝马内部资料显示，该车型绝缘电阻高于1 500 kΩ为绝缘电阻正常，低于此值为绝缘强度指标不正常。此时绝缘电阻和最大工作电压的比值为3 740Ω/V，大于国标要求的500Ω/V，此时虽然不点亮故障灯，但是在车辆的控制单元里储存有一条故障代码。当绝缘电阻低于210 kΩ时，绝缘电阻和最大工作电压的比值为525Ω/V，已经接近国家标准的限值，此时车辆会点亮故障灯，并要求驾驶员立刻前往修理厂进行检修。
2.2 绝缘监控工作过程
宝马新能源汽车高压线路绝缘监控原理见图1。
图1 宝马新能源汽车高压线路绝缘监控原理图
1—高压蓄电池单元；2—SME高压蓄电池管理单元；3—高压蓄电池组；4—绝缘电阻测量电路
图中R+为高压正极线对地绝缘电阻，R-为高压负极线对地绝缘电阻，开关K1,K2受SME高压蓄电池管理单元控制，V1,V2测量两条高压线对地电压将测量值传输给SME。
当需要测量R+的值的时候，首先K1,K2断开，测量两条高压线对地电压为U1,U2；然后接通K1，在负极的绝缘电阻R-上并联一个测量电阻RM1，再次测量两条高压线对地电压为U1',U2'。经过两次测量后，可以计算出R+的值为
按照相同原理先断开K1,K2，再接通K2测量，可计算出高压负极导线的对地绝缘电阻R-的值。
2.3 宝马新能源汽车绝缘监控效果分析
由以上绝缘监控原理分析和相关数据计算可知，测量开关K1,K2的交替打开，通过测量两个高压线在不同情况下的对地电压数值，经过计算可以得到其绝缘电阻。这种监控方式可以对两条高压线分别进行监控，可控性好且测试结果相当准确。同时，由于测量电阻RM的阻值和绝缘电阻相当，系统功耗较小，是一种可靠实用的监控方法。
3 高压绝缘故障维修注意事项
为了安全可靠地维护并排除新能源汽车的高压绝缘故障，防止人身伤害和车辆损坏，在实际操作时，必须严格遵从以下作业规程。
3.1 维修前确保高压电断开
严禁在带电的高压组件上进行维修。在进行高压系统维修作业前，必须首先断开高压电输出。不同车辆断开的具体方式不同，但总体的流程类似。以宝马车型为例，断开高压电应分3步进行。
1）断开低压电。关闭点火开关，断开低压电并等待几分钟，以便车辆进入休眠状态。对于宝马品牌的汽车，点火开关背景灯熄灭即为车辆休眠。
2）断开高压电。通过高压断电开关或拔下断电插头等方式断开高压电。作业时要注意防止他人误接通高压电而造成事故。对于宝马车系，拔开断电插头后要拿U型锁锁止并由操作者自己保存好钥匙，有些品牌需要自己妥善保存拔下的断电插头。
3）确认高压电已断开。再次打开点火开关，看仪表上有没有高压电已断开的提示。若有提示则证明高压电已经断开，可以进行下一步的维修；若无提示，必须由具有带电维修资质的技术人员确认车辆的高压电状态。
尤其是对于事故车辆，其高压系统及其安全防护措施可能已经在事故中失效。高压蓄电池也可能发生损坏，有可能释放出有害物质。因此在进行操作前，应该先进行事故严重程度的评估。如果发生以下情况之一，则不能进行通常的断电流程，而是应该将该车隔离，由具备带电维修资质的技术人员进行专项检测。
此类情况包括：可见产生烟雾；可见车辆烧伤痕迹；可见明显水渍（包括高压水枪灭火痕迹）；在高压电池及高压组件的安装部位有明显的机械损伤；高压蓄电池壳体上有破损；高压蓄电池发生位移；高压线缆断裂并垂落在车辆外。
对于不存在以上情况的事故车，在断电操作前，也严禁接触任何高压组件。在执行断电操作时，应该使用绝缘、耐酸的手套及佩戴防护眼镜。
此外，由于PHEV车辆可以通过外部充电器进行充电，因此要特别注意在进行高压系统维修作业时严禁进行高压充电操作。为了保证低压蓄电池不亏电，可以为低压蓄电池单独充电。
3.2 高压线缆损坏应进行更换
在传统车辆上，如果导线发生破皮等情况导致导线绝缘性能下降或发生短路故障时，维修技师可以通过使用绝缘胶带缠绕等方式进行维修。但新能源车辆高压电缆的绝缘要求远高于低压导线。所以，传统的通过使用绝缘胶带的方法无法满足其绝缘要求。因此，如果新能源车辆的高压电缆发生了损坏，对这些电缆一般不进行修复，而是通过更换新电缆来保证系统具有足够的绝缘强度指标。
3.3 高压蓄电池的维修
1）高压线束扎带的解开。高压蓄电池内部有些高压导线使用扎带捆束。如果按照一般习惯使用斜口钳剪开扎带，一旦操作失误，则可能会损伤导线的绝缘层，导致绝缘性能下降；还可能露出金属电缆，危及维修人员的作业安全。为了保证导线的绝缘性能并杜绝事故，高压电池内部导线上的扎带只能用压住锁扣以手动抽出的方式进行解开操作。
2）高压蓄电池解体维修时需进行隔离。在进行高压蓄电池解体维修作业时，为了避免无资质人员接近而可能出现的意外伤害，需要对高压蓄电池维修区域进行隔离，并悬挂明显的警示标牌。
3）安装时确保等电位螺栓连接可靠。需要注意的是，在绝缘监控电路里，无论是电压表还是测量电阻，其接地并不是直接接在车身上，而是接在高压电池的壳体上。如果高压电池壳体和车身接地之间接触不良的话，就相当于测量电阻RM上串联了一个接触电阻而导致测量结果出现误差。由于现有系统的局限性，这种情况是无法通过自诊断发现的。当这种情况出现时，可能出现绝缘电阻已经低于阈值却没有报警的情况发生。因此，保证高压蓄电池壳体与车身等电位在高压绝缘监控中至关重要，在宝马混合动力车辆上是靠一颗等电位螺栓来保证上述两者电位相等。除了确保绝缘监控可靠之外，等电位设计还对车辆在发生碰撞或极端环境下，电池总成和车体之间产生不等电位的情况，对乘员进行可靠的防护[4]。
如果在维修高压系统时拆卸了高压蓄电池的等电位螺丝，在安装时必须确保等电位螺栓紧固可靠。为了保证万无一失，该螺栓应由一名技师按规定扭矩拧紧后，再由另一名技师进行确认。两名技师确认无误后，共同签字担保等电位连接可靠。
此外，对于发生事故等需要进行喷漆的新能源车辆，其高压组件，尤其是高压蓄电池的安装部位严禁进行喷漆，否则将导致等电位螺栓接地不可靠，致使绝缘监控失效。
4 结束语
本文就新能源汽车绝缘监控系统的结构和作业原理进行了分析，并以此为基础提出了对其检测、维修的相关技术要求和作业规范，能够在整车检测、维修和保养作业中广泛采用。随着汽车技术的不断进步和更新换代[5]，也必然会赋予新能源汽车绝缘监控系统新的内容，而其检测、维修、保养的技术要求也必须不断更新和进步以与之相适应。
参考文献
[1]傅聪.欧盟气候能源政治的新发展与新挑战[J].当代世界,2019(3):42-47.
[2]姜俊昭,雷斌,高峰,等.电动汽车安全要求测试方法研究[J].汽车零部件,2019(7):78-82.
[3]符兴锋,翟艳霞,肖莎,等.增程式纯电动汽车动力电池高压电安全管理[J].汽车技术,2014(10):44-49.
