Eristyksen valvonta auttaa havaitsemaan korkeajännitteisen akkupiirin ja sen johtavan kotelon tai rungon välisen sähköisen eristyksen heikkenemisen. Kelluvassa tasavirtajärjestelmässä valvontalaite arvioi eristysresistanssin sen sijaan, että se vain mittaisi virtaa maadoitusjohtimessa. Sen hyödyllisyys riippuu mittausmenetelmästä, kytketystä laitteistosta ja validoidusta vikasietostrategiasta.
Kosteus, johtava likaantuminen, vaurioituneet kaapelit ja heikentyneet läpiviennit voivat heikentää eristysvastusta. Eristyshälytys antaa osoituksen ongelmasta, joka vaatii arviointia; se ei tunnista kaikkia sisäisiä kennovirheitä eikä takaa ennakkovaroitusta lämpöpurkauksista.
Nopea vastaus
Valitse suurjännitteiselle litiumakkupaketille eristyksen valvontalaite, joka on yhteensopiva suurimman käyttöjännitteen, maadoitusjärjestelyn, vuotokapasitanssin ja käyttötilojen kanssa. Vahvista sekä yksinapaiset että symmetriset viat, kytke luotettavat tilatiedot rakennusautomaatiojärjestelmään ja määritä varoitukset, käynnistyksen esto ja sammutustoimenpiteet järjestelmän turvallisuusanalyysin avulla.
Keskeiset ostokset
Erota eristysresistanssin valvonta jäännösvirran mittauksesta, kennojännitteen valvonnasta ja sisäisen oikosulun tunnistuksesta.
Aseta kynnysarvot sovellettavien laitevaatimusten ja todellisen piirin topologian perusteella; 500 ohmia volttia kohden ei ole yleispätevä sääntö kaikille akuille.
Tarkista valvottu raja kontaktorien ollessa auki, kiinni, esilatauksen ja latauksen aikana.
Vahvista mittaustarkkuus ja vasteaika todellisen väyläkapasitanssin, kytkentämelun ja kytkettyjen kuormien avulla.
Kosteuteen liittyvää resistanssin heikkenemistä on käsiteltävä mahdollisena todellisena vikana, vaikka lukema paranisikin kuivumisen jälkeen.
Osa 1: Mitä eristäytymisen valvonta havaitsee
1.1 Määrittele sähköinen raja
Aloita tunnistamalla HV-positiivinen kisko, HV-negatiivinen kisko, kotelo, alustan liitännät ja suojamaadoitusliitännät. Kelluvassa tai maadoittamattomassa järjestelmässä ei ole tarkoituksellista matalaresistanssista yhteyttä sen jännitteisten johtimien ja maan välillä. Eristyksen valvontalaite eli IMD arvioi näiden johtimien ja vertailualustan tai maan välisen resistanssin.
Eristyksen valvonta ei ole sama asia kuin tietoliikenneliitännän galvaaninen eristys. Eristetty CAN-lähetin-vastaanotin voi suojata matalajännitteistä tietoliikennerajapintaa, mutta se ei mittaa veto- tai laiteväylän ja kotelon välistä vastusta.
Piirrä varsinainen kytkentäkaavio ja merkitse, mitkä komponentit on sähköisesti kytketty monitoriin kussakin käyttötilassa. Avointen kontaktorien akun puolella oleva IMD voi arvioida pakettia, mutta ei välttämättä arvioi irrotettua invertteriä, kaapelia tai laturia. Kääntäen, kuormapuolen monitori voi menettää pääsyn akkuun, kun kyseiset kontaktorit avautuvat.
1.2 Eristysviat ja niiden raja-arvot
Yleisiä syitä ovat kaapelin hankautuminen, likaantuminen suurjänniteliittimien ympärillä, haljenneet eristyspinnat, jäähdytysnesteen tai veden pääsy ja johtavat jäämät liittimien lähellä. Myös kennoelektrolyyttivuoto voi vaikuttaa eristykseen, jos se luo reitin koteloon, mutta vaikutus riippuu fyysisestä rakenteesta ja nesteen kulkupaikasta.
Ensimmäinen vika kelluvassa järjestelmässä voi tuottaa vain vähän tasaista virtaa, koska paluureitti on rajallinen. Se ei tee siitä vaaratonta. Toinen vika vastakkaisella kiskolla, henkilökontakti tai muuttunut maadoitusliitäntä voi sulkea vaarallisen virtapiirin. Vian etenemistä ei voida ennustaa pelkästään resistanssin perusteella.
Eristyksen valvonta ei pysty luotettavasti havaitsemaan erotinvika tai sisäistä kennon oikosulkua, joka ei luo reittiä runkoon. Lämpötila, jännite, virta ja muut diagnostiikkatoiminnot ovat edelleen erillisiä suojaustoimintoja. Älä kuvaile IMD:tä lämpöpurkausten ennustajana.
Osa 2: Resistanssi, kynnysarvot ja mittauslaatu
2.1 Tulkitse resistanssia yksinkertaistamatta vuotoa liikaa
Tunnetulla resistiivisellä polulla Ohmin laki liittää polun yli olevan jännitteen sen virtaan. Kelluvassa suurjännitejärjestelmässä kunkin kiskon ja rungon välinen jännite riippuu kuitenkin sekä eristyspoluista että muista piirielementeistä. Kokonaisjännitteen jakaminen yhdellä ilmoitetulla vastuksella ei automaattisesti anna todellista kosketusvirtaa tai vuotovirtaa jokaisessa tilassa.
Käytä yhdenmukaisia määritelmiä alustan positiiviselle ja negatiiviselle resistanssille sekä IMD:n raportoimille yhdistetyille resistanssiarvoille. Varmista, raportoiko laite rinnakkaisen vastaavan vai erilliset kiskoarviot. Muussa tapauksessa monitori, rakennusautomaatiojärjestelmä ja huoltotiimi voivat tulkita saman luvun eri tavoin.
Järjestelmän kapasitanssi ja muuntimen kytkentä synnyttävät myös siirtymävirtoja. Nämä virrat eroavat pysyvästä resistiivisestä vuotovirrasta. Mittauslaitteen on erotettava ne määritellyn toiminta-alueensa sisällä; pelkät suodattimet eivät tee sopimattomasta mittauspiiristä luotettavaa.
2.2 Sovelluskohtaisten kynnysarvojen asettaminen
IEC-61557-8 käsittelee maadoittamattomien järjestelmien eristyksen valvontalaitteita. Se on valvontastandardi, ei yleismaailmallinen akkupakettien laukaisun asetustaulukko. Valitse soveltuvat laitteet ja markkinoiden vaatimukset erikseen.
Ajoneuvokäyttöön, YK:n sääntö nro 100 erottaa erilliset tasavirta- ja vaihtovirtaväylät ja galvaanisesti kytketyt järjestelyt. Tutut 100 ohmia/V ja 500 ohmia/V -arvot kuuluvat tiettyihin kokoonpanoihin lisäehtojen ja poikkeusten kera. Vahvista sovellettava muutossarja ja hyväksyntävaatimukset sen sijaan, että kopioisit yhden arvon teollisuus- tai kiinteän varastoinnin malleihin.
Jos suunnitteluvaatimus on 500 ohmia/V ja vastaava käyttöjännite on 800 V, aritmeettinen tulos on 400 kilo-ohmia. Tämä on havainnollistava laskelma, ei suositeltu yleismaailmallinen laukaisupiste. Käytä sovellettavan määräyksen edellyttämää jännitemääritelmää, älä oletusarvoista nimellisjännitettä.
Määritä varoitustaso, suojaustoiminnan taso, hystereesi ja suurin sallittu vasteaika. Ota huomioon mittausepävarmuus, ympäristön vaihtelut ja järjestelmän toleranssi. Kiinteä 1.5 megaohmin kohdevastus ei ole täydellinen spesifikaatio ilman näitä ehtoja.
2.3 Erota online-seuranta offline-testeistä
Online-eristysresistanssimittari toimii asennetun suurjännitejärjestelmän ja siihen liitetyn elektroniikan kanssa. Offline-eristysresistanssimittari käyttää määrättyä testijännitettä kontrolloidun testausmenettelyn mukaisesti. Dielektrisyyskestävyyskoe arvioi jälleen eri ominaisuutta. Näitä toimintoja ei tule esittää keskenään vaihdettavina.
Älä väitä, että online-akkuvalvonta normaalisti syöttää 500 V:n testisignaalin. Testijännite, syötetyn signaalin amplitudi ja kytkentämenetelmä riippuvat suunnittelusta. Ennen offline-testausta noudata hyväksyttyä eristys- ja kytkentämenettelyä, jotta BMS-piirit, ylijännitesuojakomponentit ja suodattimet eivät altistu sopimattomalle testijännitteelle.
Osa 3: Valvontamenetelmän valinta
3.1 Aktiivinen mittaus ja kytkentävastusmenetelmät
Aktiivinen valvonta käyttää kontrolloitua mittaussignaalia ja arvioi piirin vastetta. Kytkentävastussiltamenetelmät vertaavat lukemia eri tunnetuissa piiritiloissa. Valitse menetelmä käytettävissä olevan väyläjännitteen, vaaditun vikakattavuuden, hyväksyttävän mittausvaikutuksen ja vasteajan mukaan.
Konkreettisena toteutusesimerkkinä TI:t TIDA-010232-referenssisuunnitelma kuvaa eristystä valvovan analogisen etupään korkeajännitteisille sähköautojen lataus- ja aurinkoenergiasovelluksille. Referenssisuunnitelma tarjoaa lähtökohdan; sen osoitettu suorituskyky ei takaa täydellistä akkujärjestelmää.
Tarkista vastusten käyttöjännitteiden nimellisarvot, häviö, toleranssi, kytkinlaitteiden nimellisarvot, AD-DC-tulot, suojaus ja mittauseristys. Vahvista koko mittausalue, mukaan lukien suuren resistanssin alue ja arvot lähellä kutakin päätöskynnystä. Kysy, miten piiri käyttäytyy, kun väyläjännite on alhainen tai puuttuu.
3.2 Symmetriset viat ja passiivisten menetelmien rajoitukset
Jännite-epätasapainon mittausmenetelmässä havaitaan kiskon ja alustan välisten jännitteiden muutoksia. Se voi viitata epäsymmetriseen vikaan, mutta samanlaiset resistanssin alenemiset molemmissa kiskoissa voivat jättää jännitetasapainon suurelta osin muuttumattomaksi. Tasapainotettu jännitelukema ei siis osoita tervettä eristystä.
Sekä symmetrisen että epäsymmetrisen vian kattavuus tulisi tarkistaa IMD:n osalta. Benderin eristyksen valvonnan tekninen selitys käsittelee, miksi mittausperiaatteen on oltava järjestelmän mukainen. Älä oleta, että kiskojänniteanturi tai vikavirta-anturi tarjoaa saman kattavuuden.
Jos useita valvontalaitteita kytketään toisiinsa latauksen tai kontaktorien vaihtojen aikana, arvioi niiden mittaussignaalien mahdolliset häiriöt. Määritä, mikä laite on aktiivinen, miten ohjaus siirtyy ja miten järjestelmä varmistaa, ettei mikään vaadittu aikaväli jää valvomatta.
3.3 Kapasitanssi ja kytkentähäiriöt
Korkeajännitepiirin ja rungon välinen kapasitanssi sisältää kaapeli- ja komponenttiloiskondensaattorit sekä EMC-kondensaattorit. Sen vaikutus riippuu valitusta mittausmenetelmästä. Suurempi kapasitanssi voi pidentää asettumisaikaa tai muuttaa signaalivastetta; vaihtovirtainjektio tai mikään muu menetelmä ei ole yleisesti immuuni tälle.
Käytä valintakriteereinä monitorin määritettyä kapasitanssialuetta ja vasteaikaa. Testaa invertteri toiminnassa, laturi kytkettynä, DC/DC-muunnin käytössä ja esilatausvaiheessa. Arvioi pahimman mahdollisen tapauksen tarkkuutta ja havaitsemisaikaa, älä pelkästään hiljaista mittauspenkkiä.
Osa 4: Rakennusautomaatiojärjestelmän integrointi ja vikasieto
4.1 Tiedot, diagnostiikka ja itsetarkistukset
BMS tulisi vastaanottaa resistanssi- tai vikatilatiedot yhdessä mittauksen pätevyyden, aikaleiman ja monitorin diagnostiikan kanssa. Vanha, toimiva lukema ei saa jäädä hiljaisesti voimassa anturin tiedonsiirron lopettamisen jälkeen.
Määritä toiminta puuttuvien runkoliitäntöjen, irronneiden tunnistusjohtojen, apuvirran katkoksen, epäuskottavien lukemien ja tiedonsiirron aikakatkaisujen varalta. Itsetestien ja redundanttien tarkistusten tulee noudattaa varsinaista turvallisuuskonseptia. Kaksi kanavaa yksinään ei osoita ASIL-luokitusta, eikä autoteollisuuden luokitus automaattisesti koske teollisuuslaitteita.
Järjestelmätason eristyshälytys tunnistaa valvotun piirin ongelman; se ei välttämättä paikanna viallista kennoa tai liitintä. Vian paikantaminen voi vaatia osittaista eristystä, hyväksyttyjä huoltomittauksia tai erillisiä vianpaikannuslaitteita. Pidä vianpaikannusväitteet yhdenmukaisina asennetun laitteiston kanssa.
4.2 Käynnistyksen esto, varoitukset ja hallittu sammutus
Määrittele käynnistyksen, normaalin toiminnan, latauksen ja huollon vasteet. Hyväksymätön tulos ennen käynnistystä voi estää kontaktorin sulkeutumisen. Käytön aikana kehittyvä vika voi vaatia hälytyksen, hallitun kuorman poiston tai välittömät suojatoimenpiteet vaaran arvioinnista ja sovellettavista vaatimuksista riippuen.
Kontaktorien avaaminen ei poista akun jännitettä. Varmista, että hitsatut kontaktit avautuvat tai purkavat välittömästi alavirran kondensaattorit. Tarkista kontaktorin takaisinkytkentä, tasavirtavälipiirin jännite ja purkauskäyttäytyminen. Huoltotoimenpiteiden on noudatettava laitteen vakiintunutta jännitteenpoistomenettelyä.
Koordinoi IMD esilatausohjauksen, kontaktoridiagnostiikan, suurjännitelukituksen ja ylivirtasuojauksen kanssa. Tehon vähentäminen ei ole yleinen ratkaisu vialliseen eristyssuojaan. Varmista, että valittu toimenpide saavuttaa vaaditun turvallisen tilan ja että vaarallinen nollaus ei voi palauttaa toimintaa.
Osa 5: Varsinaisen akkujärjestelmän varmentaminen
5.1 Rakenna virheinjektiotestimatriisi
Käytä ohjattua kiinnitintä ja asianmukaisesti mitoitettuja komponentteja vikojen simulointiin. Kirjaa käytetty resistanssi, väyläjännite, kapasitanssi, toimintatila ja odotettu tulos. Määrittele rajat ennen testausta, jotta tulosta ei voida hyväksyä vain siksi, että hälytys lopulta ilmestyy.
Testiolosuhteet | Mitä varmistaa |
|---|---|
Positiivinen kisko alustaan nähden | Vastuksen tarkkuus, hälytystaso ja vasteaika |
Negatiivinen kisko alustaan nähden | Vastaava kattavuus vastakkaisella kiskolla |
Samanlaisia vikoja molemmilla kiskoilla | Havaitseminen rajoitetusta jännite-epätasapainosta huolimatta |
Kynnysraja | Toistettavuus, toleranssi, hystereesi ja nollauskäyttäytyminen |
Suurin määritelty kapasitanssi | Sopeutumisaika, voimassaolomerkinnät ja havaitsemisen määräaika |
Virran tai tiedonsiirtokatkoksen valvonta | Diagnostiikan kattavuus ja määritelty järjestelmävaste |
Kontaktorit auki, kiinni ja esilataustilassa | Todelliset valvotut raja- ja tilasiirtymät |
Lataus- ja muuntimen käyttö | Meluherkkyys ja monitorien koordinointi |
5.2 Kosteus, mekaaninen rasitus ja käyttökelpoisuus
Validoi asiaankuuluvan kosteus-, kondensaatio-, tärinä- ja lämpötilaaltistuksen jälkeen tuotteen aiotuissa käyttöolosuhteissa. Tarkasta liittimet, tiivisteet, eristystuet ja johtavat jäännökset. Vertaa tuloksia ennen altistusta, sen aikana ja sen jälkeen, jos menetelmä sen sallii.
Kosteuden aiheuttama resistanssin lasku on todellinen sähköinen muutos, vaikka kuiva eristemateriaali pysyisi ehjänä. Älä jätä sitä vääräksi hälytykseksi vain siksi, että resistanssi palautuu kuivumisen jälkeen. Tutki itsenäisesti materiaalin sisäänpääsyä, kontaminaatiota ja mittaushäiriöitä.
Pidä ohjelmistosuodatus sallitun havaitsemisajan sisällä. Vahvista ajoittaiset viat, nopea heikkeneminen ja nollausolosuhteet. Tuotanto- ja huoltotesteissä tulee säilyttää pakkauksen tunniste, laitteistoversio, laiteohjelmistoversio, monitorin asetukset ja asiaankuuluvat testitiedot.
varten räätälöidyt litium-akkupaketitsovi valvotusta piiristä, IMD-liitännöistä, kotelon liittämisestä ja suojaustoimenpiteistä jo kehitysvaiheessa. Yhdistä pakkauksen spesifikaatio järjestelmän validointisuunnitelmaan; testaus- ja sertifiointiprosessi tulisi vahvistaa kunkin testin laajuus sen sijaan, että annettaisiin ymmärtää, että yksi komponentti sertifioi koko laitteen.
FAQ
Tarvitaanko jokaiselle HV-akulle 500 ohmia volttia kohden?
Ei. Vaatimus riippuu sovelluksesta, maadoitusjärjestelystä, kytketyistä vaihto- ja tasavirtapiireistä ja sovellettavasta standardista. Määritä oikea käyttöjännite ja turvamarginaali ennen varoitus- tai sammutuskynnysten asettamista.
Voiko monitori havaita vian, kun molemmat kontaktorit ovat auki?
Se riippuu siitä, mihin näyttö on kytketty ja miten se saa virransaantinsa. Pakkauksen puoleinen näyttö voi arvioida akun jättäen pois irrotetut kuormat. Jotkin menetelmät vaativat vähimmäisväyläjännitteen. Vahvista vaadittu kattavuus kussakin tilassa.
Ovatko kosteushälyttimet vaarattomia?
Ei. Kosteus voi luoda johtavan pinnan ja aidosti vähentää eristysvastusta. Tilapäinen palautuminen kuivumisen jälkeen ei takaa turvallisuutta. Tutki fyysinen syy ja tarkista mittaus ennen vian korjaamista.
Ennustaako eristäytymisen seuranta lämpökiihtymistä?
Ei luotettavasti. Se havaitsee eristyksen heikkenemisen valvottujen rajojen sisällä. Sisäisiä kennovikoja voi syntyä ilman eristeen ja rungon välistä muutosta. Lämpötilan, jännitteen, virran ja mahdollisen kaasun valvonta vaativat erillisen validoinnin, eikä universaalia varoitusaikaa voida taata.
Miten IMD tulisi valita 800 V järjestelmään?
Tarkista suurimmat käyttöjännitteet ja transienttijännitteet, maadoituksen konfigurointi, kapasitanssialue, vikasietoisuus, tarkkuus, vasteaika ja diagnostiset rajapinnat. Vahvista toiminta laturien ja muuntimien ollessa kytkettyinä ja validoi sitten monitorin toiminta todellisessa järjestelmässä.
