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储能系统BMS绝缘电阻测试原理及问题

钜大LARGE  |  点击量:5618次  |  2021年07月26日  

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


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。


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