钜大LARGE | 点击量：6055次 | 2021年07月26日
储能系统BMS绝缘电阻测试原理及问题
摘要：现有的储能系统bMS测试绝缘阻抗时，通常笔直借用电动汽车动力锂离子电池的绝缘电阻测试办法。而参考电动汽车安全要求第1部分Gb/T18384.1-2015中给出的绝缘电阻测量原理，一般会采用电桥法进行测量。绝缘电阻不是我们常规理解的定值电阻，它与系统中固有的杂散分布式电容或对地Y电容等有关，会导致国标中给出的探测办法失效。这种失效现象目前在大容量储能系统中非常突出，本文将从原理上进行分解。
一、直流绝缘测试的标准和原理
在Gb/T18384.1-2015车载可充电储能系统中规定bMS要对动力锂离子电池系统所有部件集成完毕的状态下进行绝缘测试，且采用绝缘电阻阻值来掂量绝缘状态。绝缘电阻可分为总正对地和总负对地。
现有的储能系统bMS测试通常笔直借用车载系统及其标准，紧要采用电桥法测量，结合PCS（储能变流器）系统，整个储能系统的绝缘测试原理如下图1-1所示：
图1-1储能系统绝缘测试原理
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
依据上图，Rx是bAT+对地电阻，Ry是bAT-对地电阻，R1，R2是测量用的已知阻值的标准电阻，测量办法如下：
步骤1：闭合R1，断开R2，采集U1点对地的电压为U1，采集电池的总电压为U
步骤2：闭合R2，断开R1，采集U2点对地的电压为U2，采集电池的总电压为U
分时切换R1和R2，依据步骤1和步骤2，以及上述两个方程，进而可解出Rx，Ry的值；Rx和Ry分别为电池总正和总负对地的绝缘阻抗值。
二、储能系统绝缘测试的问题及其分解
将上述测试办法使用于大容量储能系统后，出现了误报绝缘阻抗过低，实际并无绝缘异常的问题。以下将对误报的原由进行分解。
1.电桥法的自身问题
在采用电桥法测量绝缘电阻的过程中，当闭合KM2后，电池与PCS系统直流侧相连接，由于PCS内部有对地Y电容，依据测试原理图2-1所示，电池的绝缘测试回路在进行通道切换时，Rx，Ry，R1，R2等电阻连接了电池正，负以及PE，在进行正负分别切换测试时，PE点相有关电池正和负会有电平跳动，会通过PE、Y电容、电池线缆形成回路，给PCS内部的Y电容充放电
图2-1绝缘测试回路对PCS侧Y电容充放电回路
电池正负对地的阻抗测试回路在进行切换过程中，PCS直流侧对地的Y电容对地会有充放电，在交流耦合过程中，电容对地阻抗非常小，绝缘阻抗的测试结果也会很小，进而报出绝缘测试故障。
2.非隔离系统
有关非隔离PCS系统，PCS交流侧挂接于市电，由于市电侧可能挂接多种负荷，市电的交流进线相有关PE的阻抗较小，在非隔离系统中，除了直流侧测试中的充放电回路，PCS一旦闭合交流接触器或者继电器，相比于PCS开机工作（闭合交流侧接触器或继电器）之前，同样采用电桥法测量，直流侧的绝缘阻抗测试会更低，甚至趋近于0。
图2-2非隔离系统绝缘测试市电侧回路示意
3.多机非隔离并联
有关采用多模块非隔离并联系统，非隔离PCS可以简单理解为电池端到交流端有一定的阻抗，这样bMS内阻通过PCS内阻到交流端并联，进而呈现了阻抗并联的效果，大规模并联后，采用电桥法测量绝缘阻抗时，bMS的测试回路也会通过非隔离系统并联，降低绝缘阻抗测试值。
所以有关多机并联测试，要一定的bMS时序控制，戒备bMS测试内阻相互影响。
通过上述分解，综合整个储能系统使用来看，影响到储能系统bMS绝缘测试问题的紧要两个因素是，电桥法，bMS测试内阻；
三、处理办法
最笔直有效的是不采用电桥法来测试绝缘电阻，可以采用主动注入式测试法等，这里不再详述；可以笔直实时测试非隔离，多机并联的交直流绝缘阻抗。
倘若依然采用电桥法，依据bMS绝缘测试内阻和PCS端口Y电容容量，bMS延长通道切换至绝缘电阻采样读取的时间，确保bMS测试过程中的充放电回路稳定；同时有关多模块并联系统办法，绝缘测试采用轮询方式，可以处理电桥法引入的绝缘阻抗测试值偏低问题。
当储能系统采用的是梯次退役电池，并且bMS策略更新维护困难，可以屏蔽bMS自身电桥法绝缘测试功能，外加多分支的绝缘测试装置来处理。新艾电气组串聚集式产品将此充足使用在多个项目案例中，使得梯次电池组不进行任何软件或硬件改造即可使用，比如新艾在南网的大规模梯次电池使用的项目案例。
