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編者按：新艾電氣發(fā)表《儲能系統(tǒng)BMS絕緣電阻檢測原理分析及解決方案》，從原理上分析目前在大容量儲能系統(tǒng)中非常突出的由絕緣電阻導(dǎo)致的國標(biāo)中給出的測試方法失效的問題，并給出解決方案。

摘要：現(xiàn)有的儲能系統(tǒng)BMS檢測絕緣阻抗時，通常直接借用電動汽車動力電池的絕緣電阻檢測方法。而參考電動汽車安全要求第1部分GB/T 18384.1-2015中給出的絕緣電阻測量原理，一般會采用電橋法進(jìn)行測量。絕緣電阻不是我們常規(guī)理解的定值電阻，它與系統(tǒng)中固有的雜散分布式電容或?qū)Φ豗電容等有關(guān)，會導(dǎo)致國標(biāo)中給出的測試方法失效。這種失效現(xiàn)象目前在大容量儲能系統(tǒng)中非常突出，本文將從原理上進(jìn)行分析。

關(guān)鍵字：BMS，PCS，絕緣檢測，絕緣阻抗，儲能系統(tǒng)

一、引言

儲能系統(tǒng)為整個電力網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度提供能量支撐，同時參與電力系統(tǒng)的供需管理，是電力系統(tǒng)發(fā)輸配用多個環(huán)節(jié)的重要組成部分。根據(jù)研究公司彭博新能源財經(jīng) (BNEF)的最新預(yù)測，到2040年，世界各地的儲能設(shè)施將成倍增長，從2018年部署的9GW/17GWh，到1,095GW/2,850GWh。

隨著儲能行業(yè)的發(fā)展，大規(guī)模儲能系統(tǒng)的安全性問題日益凸顯。在儲能系統(tǒng)中，電池管理系統(tǒng)（BMS）和儲能變流器（PCS）作為核心組件，提供了核心安全管理，對整個儲能系統(tǒng)的絕緣狀況進(jìn)行監(jiān)測和控制。本文通過對現(xiàn)有儲能系統(tǒng)，特別是非隔離，多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)出現(xiàn)的BMS絕緣誤報問題，進(jìn)行了直流絕緣檢測的標(biāo)準(zhǔn)解讀和原理分析，提出了針對目前BMS絕緣檢測改進(jìn)的方法及解決措施。

二、直流絕緣檢測的標(biāo)準(zhǔn)和原理

在GB/T 18384.1-2015車載可充電儲能系統(tǒng)中規(guī)定BMS需要對動力電池系統(tǒng)所有部件集成完畢的狀態(tài)下進(jìn)行絕緣檢測，且采用絕緣電阻阻值來衡量絕緣狀態(tài)。絕緣電阻可分為總正對地和總負(fù)對地。

現(xiàn)有的儲能系統(tǒng)BMS檢測通常直接借用車載系統(tǒng)及其標(biāo)準(zhǔn)，主要采用電橋法測量，結(jié)合PCS（儲能變流器）系統(tǒng)，整個儲能系統(tǒng)的絕緣檢測原理如下圖1-1所示：

根據(jù)上圖，Rx是BAT+對地電阻，Ry是BAT-對地電阻，R1，R2是測量用的已知阻值的標(biāo)準(zhǔn)電阻，測量方法如下：

步驟1：閉合RLY1，斷開RLY2，采集U1點(diǎn)對地的電壓為U1，采集電池的總電壓為U;

步驟2：閉合RLY2，斷開RLY1，采集U2點(diǎn)對地的電壓為U2，采集電池的總電壓為U;


分時切換RLY1和RLY2，根據(jù)步驟1和步驟2，以及上述兩個方程，進(jìn)而可解出Rx，Ry的值；Rx和Ry分別為電池總正和總負(fù)對地的絕緣阻抗值。

三、儲能系統(tǒng)絕緣檢測的問題及其分析

將上述檢測方法應(yīng)用于大容量儲能系統(tǒng)后，出現(xiàn)了誤報絕緣阻抗過低，實(shí)際并無絕緣異常的問題。以下將對誤報的原因進(jìn)行分析。

1.電橋法的自身問題

在采用電橋法測量絕緣電阻的過程中，當(dāng)閉合KM2后，電池與PCS系統(tǒng)直流側(cè)相連接，由于PCS內(nèi)部有對地Y電容，根據(jù)檢測原理圖2-1所示，電池的絕緣檢測回路在進(jìn)行通道切換時，Rx，Ry，R1，R2等電阻連接了電池正，負(fù)以及PE，在進(jìn)行正負(fù)分別切換檢測時，PE點(diǎn)相對于電池正和負(fù)會有電平跳動，會通過PE、Y電容、電池線纜形成回路，給PCS內(nèi)部的Y電容充放電。

電池正負(fù)對地的阻抗檢測回路在進(jìn)行切換過程中，PCS直流側(cè)對地的Y電容對地會有充放電，在交流耦合過程中，電容對地阻抗非常小，絕緣阻抗的檢測結(jié)果也會很小，進(jìn)而報出絕緣檢測故障。

2.非隔離系統(tǒng)

對于非隔離PCS系統(tǒng)，PCS交流側(cè)掛接于市電，由于市電側(cè)可能掛接多種負(fù)荷，市電的交流進(jìn)線相對于PE的阻抗較小，在非隔離系統(tǒng)中，除了直流側(cè)檢測中的充放電回路，PCS一旦閉合交流接觸器或者繼電器，相比于PCS開機(jī)工作（閉合交流側(cè)接觸器或繼電器）之前，同樣采用電橋法測量，直流側(cè)的絕緣阻抗檢測會更低，甚至趨近于0。

3.多機(jī)非隔離并聯(lián)

對于采用多模塊非隔離并聯(lián)系統(tǒng)，非隔離PCS可以簡單理解為電池端到交流端有一定的阻抗，這樣BMS內(nèi)阻通過PCS內(nèi)阻到交流端并聯(lián)，進(jìn)而呈現(xiàn)了阻抗并聯(lián)的效果，大規(guī)模并聯(lián)后，采用電橋法測量絕緣阻抗時，BMS的檢測回路也會通過非隔離系統(tǒng)并聯(lián)，降低絕緣阻抗檢測值。

所以對于多機(jī)并聯(lián)檢測，需要一定的BMS時序控制，避免BMS檢測內(nèi)阻相互影響。

通過上述分析，綜合整個儲能系統(tǒng)應(yīng)用來看，影響到儲能系統(tǒng)BMS絕緣檢測問題的主要兩個因素是，電橋法，BMS檢測內(nèi)阻；

四、解決方案

最直接有效的是不采用電橋法來檢測絕緣電阻，可以采用主動注入式檢測法等，這里不再詳述；可以直接實(shí)時檢測非隔離，多機(jī)并聯(lián)的交直流絕緣阻抗。
若仍然采用電橋法，根據(jù)BMS絕緣檢測內(nèi)阻和PCS 端口Y電容容量，BMS延長通道切換至絕緣電阻采樣讀取的時間，確保BMS檢測過程中的充放電回路穩(wěn)定；同時對于多模塊并聯(lián)系統(tǒng)方案，絕緣檢測采用輪詢方式，可以解決電橋法引入的絕緣阻抗檢測值偏低問題。

儲能系統(tǒng)采用的是梯次退役電池，并且如果BMS策略根據(jù)儲能系統(tǒng)更新維護(hù)困難，可以屏蔽BMS自身電橋法絕緣檢測功能，外加多分支的絕緣檢測裝置來解決。

（本文為新艾電氣原創(chuàng)）

原標(biāo)題：新艾電氣：儲能系統(tǒng)BMS絕緣電阻檢測原理分析及解決方案