鉅大LARGE | 點擊量：6141次 | 2021年07月26日
儲能系統BMS絕緣電阻測試原理及問題
摘要：現有的儲能系統bMS測試絕緣阻抗時，通常筆直借用電動汽車動力鋰離子電池的絕緣電阻測試辦法。而參考電動汽車安全要求第1部分Gb/T18384.1-2015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理解的定值電阻，它與系統中固有的雜散分布式電容或對地Y電容等有關，會導致國標中給出的探測辦法失效。這種失效現象目前在大容量儲能系統中非常突出，本文將從原理上進行分解。
一、直流絕緣測試的標準和原理
在Gb/T18384.1-2015車載可充電儲能系統中規定bMS要對動力鋰離子電池系統所有部件集成完畢的狀態下進行絕緣測試，且采用絕緣電阻阻值來掂量絕緣狀態。絕緣電阻可分為總正對地和總負對地。
現有的儲能系統bMS測試通常筆直借用車載系統及其標準，緊要采用電橋法測量，結合PCS（儲能變流器）系統，整個儲能系統的絕緣測試原理如下圖1-1所示：
圖1-1儲能系統絕緣測試原理
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
依據上圖，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，測量辦法如下：
步驟1：閉合R1，斷開R2，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R2，斷開R1，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R1和R2，依據步驟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、儲能系統絕緣測試的問題及其分解
將上述測試辦法使用于大容量儲能系統后，出現了誤報絕緣阻抗過低，實際并無絕緣異常的問題。以下將對誤報的原由進行分解。
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系統直流側相連接，由于PCS內部有對地Y電容，依據測試原理圖2-1所示，電池的絕緣測試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測試時，PE點相有關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內部的Y電容充放電
圖2-1絕緣測試回路對PCS側Y電容充放電回路
電池正負對地的阻抗測試回路在進行切換過程中，PCS直流側對地的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，絕緣阻抗的測試結果也會很小，進而報出絕緣測試故障。
2.非隔離系統
有關非隔離PCS系統，PCS交流側掛接于市電，由于市電側可能掛接多種負荷，市電的交流進線相有關PE的阻抗較小，在非隔離系統中，除了直流側測試中的充放電回路，PCS一旦閉合交流接觸器或者繼電器，相比于PCS開機工作（閉合交流側接觸器或繼電器）之前，同樣采用電橋法測量，直流側的絕緣阻抗測試會更低，甚至趨近于0。
圖2-2非隔離系統絕緣測試市電側回路示意
3.多機非隔離并聯
有關采用多模塊非隔離并聯系統，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內阻通過PCS內阻到交流端并聯，進而呈現了阻抗并聯的效果，大規模并聯后，采用電橋法測量絕緣阻抗時，bMS的測試回路也會通過非隔離系統并聯，降低絕緣阻抗測試值。
所以有關多機并聯測試，要一定的bMS時序控制，戒備bMS測試內阻相互影響。
通過上述分解，綜合整個儲能系統使用來看，影響到儲能系統bMS絕緣測試問題的緊要兩個因素是，電橋法，bMS測試內阻；
三、處理辦法
最筆直有效的是不采用電橋法來測試絕緣電阻，可以采用主動注入式測試法等，這里不再詳述；可以筆直實時測試非隔離，多機并聯的交直流絕緣阻抗。
倘若依然采用電橋法，依據bMS絕緣測試內阻和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測試過程中的充放電回路穩定；同時有關多模塊并聯系統辦法，絕緣測試采用輪詢方式，可以處理電橋法引入的絕緣阻抗測試值偏低問題。
當儲能系統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自身電橋法絕緣測試功能，外加多分支的絕緣測試裝置來處理。新艾電氣組串聚集式產品將此充足使用在多個項目案例中，使得梯次電池組不進行任何軟件或硬件改造即可使用，比如新艾在南網的大規模梯次電池使用的項目案例。
