混合动力和纯电动汽车电气安全测试：手持绝缘微欧表METRAHIT IM E-DRIVE

 手持式绝缘微欧表METRAHIT IM E-DRIVE

电动汽车中的高压技术

如今，混合动力和电动汽车（乘用车）中的高压系统由高达500 V的储能单元提供。预计未来电压水平将增加两倍。而部分商用车已经在使用工作电压高达1000 V的技术。但是，在涉及对人类健康和生命的电气危害时，只有低于60 V  DC和30 V AC的电压值才被认为是安全的。由于电动汽车系统中产生的电压远远高于这些安全限值，因此近年来进行了广泛的危害分析 。且欧盟已经发布了对制造商具有约束力的规定，从而在消除高压在生产，开发，维护和维修过程中造成的危害。

用户和维修人员面临的危险

使用电气设备和系统所涉及的危险总是由与电流   流经人体，电弧，电磁干扰和静电电荷相关的危险引起的。 其他潜在但仍可避免的危险可能是由于不合格的人员在车辆上执行不当的电气工作以及车辆技术缺陷造成的。

IUE（德国电气事故检查研究所）确定，在涉及高达1000  V的所有电气事故中，约有40%发生在故障排除和维修工作期间。

图 1：以橙色标识的高压元件/ 手持式绝缘微欧表METRAHIT IM E-DRIVE

机动车中高压系统引起的电气危害

尽管法律指导原则要求车辆具备很高的电气安全性， 但是对于在研发，生产和服务中从事混合动力和电动汽车工作的人员来说，仍然存在一定的风险。

触摸由于内部故障而通电的高压组件可能会导致电流流过人体。如果接触点在胸腔附近，即使大约30至50 mA的直流电也可能使呼吸肌肉组织收缩，从而导致呼吸停止。 如果在50 Hz  的交流下触电时间大于2秒，即使电流仅为10 mA也可引起心室颤动甚至心脏骤停。

 在混合动力和纯电动汽车方面，需要考虑哪些电气危害？

•  电弧 可能导致烧伤甚至死亡

•  残余电压或非绝缘电缆

•  绝缘故障，  导致电流失控

欧洲 UNECE R100 的电气安全要求

1.   乘客舱和后备箱中的所有带电部件必须符合 IPXXD 防护等级，所有其他区域必须满足  IPXXB 防护等级。

2.  所有暴露的导电部件（如导电屏障和导电外壳）都必须可靠地接地，以确保防止因间接接触而引起的电击。 在这方面，事故预防法规和UNECE R100都规定了任何两个可接触的导电部件之间的最大电阻必须小于100mΩ @0.2 A。

3.  使用 高压符号识别高压元件

4.  高压母线电缆必须配备橙色外护套。

5.  绝缘电阻：

•   直流线路为 100 Ω / V

• 交流线路为500 Ω / V

测试是否符合UNECE R100 安全要求的测量方法和仪器

 检查接地连接的电阻  – 要求：< 100 m Ω @0.2A 

在 0.2 A 时，接地电阻必须 小于100 m Ω。  因此，电阻测量仪器必须能产生至少0.2 A的测量电流，并且还能够测量毫欧范围内的电阻。

 事故预防法规和 UNECE R100 规定测量电流至少为 0.2 A。由于电阻随着安培数的增加而增加，汽车制造商还使用更高的电流值（例如  1 A）进行测试。

使用普通的2线测量方法无法充分精确地测量小电阻值。 该方法测量已知电流源I通过待测量的电阻Rt的压降，然后使用欧姆定律计算：R = U / I。然而，该电压不是在电阻Rt上测量的，而是在电阻总和或电流源处测量的，即在Rt + Rcbl上，其中Rcbl = Σ（电缆，连接头）。这使得该测试方法误差较大

图 2： 2 线和 4 线 测量

4线法测量，也称为开尔文测量，是一种合适的测量方法。在这种情况下，用两根导线将测量电流施加到被测器件上，并且直接在被测器件上使用两根单独的导线测量压降。相对于测量电流I，电流IU流经具有高内阻的电压表，可以忽略不计。   与被测器件上的压降相比，测量电缆上的压降也可以忽略不计。此外，当前的电流源 I 独立于 Rt。因此，仅测量电阻Rt两端电压。然后计算电阻为Rt = U / I。

 测量绝缘电阻的程序

在电动汽车上，高压电缆和高压接头上的绝缘处理能够防止直接接触从而确保人员的安全。

因此，必须对高压线路的每个部件或组件的绝缘电阻进行单独测量。电动汽车上的电气系统按照电源和负载划分成两个部分，绝缘电阻值分别测量计算

 高压负载使用外部直流源的测量方法：

测量仪器在待测高压负载的端子和车辆地之间施加较高直流电压。通过检测两部分之间的漏电流，进而计算出绝缘电阻。

这些测量仪器被称为绝缘电阻测试仪。

 动力电池包对地绝缘借助自身电源的测量方法：

使用  Ri ≥10 MΩ的  电压表进行此测量。

首先，测量电池正负极电压（Vb）以及正负极对地（分别为V1和V2）的电压。 如果V1≥V2，  则在负极和地之间连接一个已知的参考电阻，并测量电压V1'。

 电阻计算   如下。

Ri = Ro * （Vb/V1' – Vb/V1） 或 Ri = Ro * Vb * （1/V1' -1/V1） 绝缘 电阻   计算  如下： Rins = Ri/Vb

 图3：通过车辆电池的测量方法

如果 V2 > V1，则测量和计算  类似，但参考电阻接在正极和地之间：Ri = Ro * Vb * （1/V2' – 1/V2）

第二种测量方法不需要任何外部电压源，但需要多次测量。

 手持式绝缘微欧表METRAHIT IM E-DRIVE 一体化仪器

 Gossen Metrawatt的新能源汽车专用万用表METRAHIT IM E-Drive是一款非常合适的测试仪器。 它将四台仪器的功能融合在一起  ：  万用表、用于测试接地电阻的毫欧表、用于测量绝缘电阻的绝缘测试仪和带有附加线圈适配器的匝间短路测试仪。

毫欧测量不仅可以满足UNECE R100 规定的 200 mA 电流的要求，而且还能提供更高测量（1 A），从而提高测量可靠性。 由于连接处的材料和温差会影响热电压测量结果，所以它配备了自动热电压补偿功能。

使用 METRAHIT H+E CAR 的 4 线或开尔文夹或者开尔文探针能轻松实现可靠的毫欧测试。

绝缘电阻测量通过它的绝缘表功能来完成，能提供50、100、250、500和  1000 V  的可选测试电压  。 任何干扰电压都会被自动检测并显示。

通过测试探头上的启动/停止键方便地实现单手启动和停止测量以及数据保存。

图4：，Mercedes GLC 350 e使用 500 V 测试电压测试绝缘电阻/新能源汽车专用万用表METRAHIT IM E-Drive