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分析探讨 | 储能系统BMS绝缘电阻检测原理及问题
日期:2019-08-16   [复制链接]
责任编辑:sy_zhangxiaoxiao 打印收藏评论(0)[订阅到邮箱]
编者按:BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)电池管理系统是电池与用户之间的纽带,为了提高电池的利用率,防止电池出现过度充电和过度放电,储能系统中的BMS则更加需要注意检测绝缘阻抗时的方法。

摘要:现有的储能系统BMS检测绝缘阻抗时,通常直接借用电动汽车动力电池的绝缘电阻检测方法。而参考电动汽车安全要求第1部分GB/T 18384.1-2015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测试方法失效。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析。
 
一、直流绝缘检测的标准和原理
 
在GB/T 18384.1-2015车载可充电储能系统中规定BMS需要对动力电池系统所有部件集成完毕的状态下进行绝缘检测,且采用绝缘电阻阻值来衡量绝缘状态。绝缘电阻可分为总正对地和总负对地。
 
现有的储能系统BMS检测通常直接借用车载系统及其标准,主要采用电桥法测量,结合PCS(储能变流器)系统,整个储能系统的绝缘检测原理如下图1-1所示:
 
 
图1-1 储能系统绝缘检测原理
 
根据上图,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,测量方法如下:
 
步骤1:闭合RLY1,断开RLY2,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RLY2,断开RLY1,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RLY1和RLY2,根据步骤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、储能系统绝缘检测的问题及其分析
 
将上述检测方法应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。以下将对误报的原因进行分析。
 
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,根据检测原理图2-1所示,电池的绝缘检测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检测时,PE点相对于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 绝缘检测回路对PCS侧Y电容充放电回路
 
电池正负对地的阻抗检测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,绝缘阻抗的检测结果也会很小,进而报出绝缘检测故障。
 
2.非隔离系统
 
对于非隔离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,市电的交流进线相对于PE的阻抗较小,在非隔离系统中,除了直流侧检测中的充放电回路,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,直流侧的绝缘阻抗检测会更低,甚至趋近于0。
 
图2-2 非隔离系统绝缘检测市电侧回路示意
 
3.多机非隔离并联
 
对于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的检测回路也会通过非隔离系统并联,降低绝缘阻抗检测值。
 
所以对于多机并联检测,需要一定的BMS时序控制,避免BMS检测内阻相互影响。
 
 
通过上述分析,综合整个储能系统应用来看,影响到储能系统BMS绝缘检测问题的主要两个因素是,电桥法,BMS检测内阻;

三、解决方案
 
最直接有效的是不采用电桥法来检测绝缘电阻,可以采用主动注入式检测法等,这里不再详述;可以直接实时检测非隔离,多机并联的交直流绝缘阻抗。
 
如果仍然采用电桥法,根据BMS绝缘检测内阻和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检测过程中的充放电回路稳定;同时对于多模块并联系统方案,绝缘检测采用轮询方式,可以解决电桥法引入的绝缘阻抗检测值偏低问题。
 
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自身电桥法绝缘检测功能,外加多分支的绝缘检测装置来解决。新艾电气组串集中式产品将此充分应用在多个项目案例中,使得梯次电池包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应用的项目案例。
 
原标题:新艾电气:关于储能系统BMS绝缘电阻检测原理分析及问题探讨
 
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来源:新艾电气
 
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