编者按：新艾电气发表《储能系统BMS绝缘电阻检测原理分析及解决方案》，从原理上分析目前在大容量储能系统中非常突出的由绝缘电阻导致的国标中给出的测试方法失效的问题，并给出解决方案。

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。

关键字：BMS，PCS，绝缘检测，绝缘阻抗，储能系统

一、引言

储能系统为整个电力网络的调度提供能量支撑，同时参与电力系统的供需管理，是电力系统发输配用多个环节的重要组成部分。根据研究公司彭博新能源财经 (BNEF)的最新预测，到2040年，世界各地的储能设施将成倍增长，从2018年部署的9GW/17GWh，到1,095GW/2,850GWh。

随着储能行业的发展，大规模储能系统的安全性问题日益凸显。在储能系统中，电池管理系统（BMS）和储能变流器（PCS）作为核心组件，提供了核心安全管理，对整个储能系统的绝缘状况进行监测和控制。本文通过对现有储能系统，特别是非隔离，多机并联系统出现的BMS绝缘误报问题，进行了直流绝缘检测的标准解读和原理分析，提出了针对目前BMS绝缘检测改进的方法及解决措施。

二、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：

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。

三、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。

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。

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；

四、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。
若仍然采用电桥法，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。

储能系统采用的是梯次退役电池，并且如果BMS策略根据储能系统更新维护困难，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。

（本文为新艾电气原创）

原标题：新艾电气：储能系统BMS绝缘电阻检测原理分析及解决方案