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  • GESS-BMS 中的绝缘电阻检测设计

    • ZHCAEY1 January   2025 AMC131M02 , AMC3330 , ISO7731

       

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  • GESS-BMS 中的绝缘电阻检测设计
  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1引言
  5. 2ESS 中的绝缘监测拓扑
    1. 2.1 单一开关拓扑
      1. 2.1.1 测试步骤
    2. 2.2 双路开关悬空采样拓扑
      1. 2.2.1 测试步骤
    3. 2.3 高压侧拓扑中的双路开关采样
    4. 2.4 交流注入拓扑
  6. 3设计比较
    1. 3.1 注入电阻对精度的影响
  7. 4电容对采样时间的影响
    1. 4.1 如何选择 Y 电容器
    2. 4.2 采样时间
  8. 5关键器件
    1. 5.1 BQ79731-Q1
    2. 5.2 UCC33421-Q1
    3. 5.3 AMC131M02
    4. 5.4 AMC3330
    5. 5.5 ISO773x
  9. 6Topos 仿真结果和结论
  10. 7总结
  11. 8参考资料
  12. 重要声明
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Application Note

GESS-BMS 中的绝缘电阻检测设计

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摘要

本应用手册根据现有的储能规定总结了高压 1500V 系统的设计要求、分析了当前主流电桥绝缘监测拓扑、比较了多个维度的精度、成本和监测时间并总结了三种设计情况。模拟这三种设计的采样时间并进行了实验验证,确保低成本设计的准确性。

商标

Other TMs

1 引言

储能电站是一个复杂的工业系统,涉及储能转换器、储能电池和管理系统等电气设备,可避免系统短路或泄漏电流对用户造成很大影响,为此,储能电站的绝缘检测系统对储能电站操作人员的安全至关重要。同时,绝缘监测还可以避免绝缘故障对终端设备造成损坏,从而延长设备的使用寿命。

如果您可以确保在触摸任何两点时绝缘良好,则可以提高安全性。在储能系统运行时,图 1-1的正极侧表示高压电池包的正极侧、负极侧表示高压电池的负极侧,而 PE 表示外壳。RisoP 为高压负端与机箱之间的等效电阻。RisoN 为高压正端与机箱之间的等效电阻。V1 为 BMS 监测到的、高压负端与机箱之间的电压,V2 为 BMS 监测到的、高压正端与机箱之间的电压;如果 RisoP 或 RisoN 的任何一个电阻值设计大于国家标准规定的阈值,则即使人体误碰高压正端、高压负端和机箱的任意两个地方也是安全的。

 储能系统中的绝缘系统图 1-1 储能系统中的绝缘系统

针对储能系统的系统性能,GB/T34131 给出了一些电压、电流、温度采样和绝缘电阻监测指标:

表 1-1 GB/T34131 对电压、电流、温度和绝缘电阻精度提出的要求
范围误差周期
电池电芯电压<5V≤0.005V≤100ms
5 大约 15V≤0.2%
电池组电压<500V≤5V≤100ms
≥500V≤1%
电池组电流<200A≤2A≤50ms
≥200A≤1%
电芯温度-20 大约 65≤1℃≤1s
[-40,-20)U(65,125]≤2℃
绝缘电阻 (≥400V)R≤75kΩ≤±15kΩ
R>75kΩ≤±20%

在储能绝缘监测设计中,爬电距离和电气间隙也是需要重要关注的点。在欧洲市场的储能领域,供应商主要参考 IEC62619,在北美市场,供应商主要参考的法规为 UL1973。在这两个地区的法规中有关电气间隙和爬电距离的部分都参考了 IEC60664。因此,本文总结了 IEC60664 中 1000V/1500V/2000V 系统的电气间隙和爬电距离。

表 1-2 1000V 储能系统的爬电距离和间隙要求
电压类型污染等级CTIOVC海拔/mCLR/mmCRP*/mm
1000V基础型ⅡⅠOVC-Ⅱ(6000)<2000m5.55.5
4000m7.17.1
OVC-Ⅲ(8000)<2000m88
4000m10.410.4
增强OVC-Ⅱ(8000)<2000m88
4000m10.410.4
OVC-Ⅲ(12000)<2000m1414
4000m18.118.1
表 1-3 1500V 储能系统的爬电距离和间隙要求
电压 类型 污染等级 CTI OVC 海拔/m CLR/mm CRP*/mm
1500V 基础型 Ⅱ Ⅰ OVC-Ⅱ(8000) <2000m 8 8
4000m 10.4 10.4
OVC-Ⅲ(10000) <2000m 11 11
4000m 14.2 15.1
增强 OVC-Ⅱ(12000) <2000m 14 15.1
4000m 18.1 18.1
OVC-Ⅲ(16000) <2000m 19.4 19.4
4000m 25.1 25.1

GB/T 34131也需要绝缘电压测试和介电强度测试。以 1500V BMS 为例,绝缘电压测试是指以下四个位置(①②③④) 应能连续一分钟承受 1500V 的直流电压,绝缘电阻值不应小于10MΩ。

  • 连接电池的采集端和接地端之间。
  • 通信端和接地端之间。
  • 采集端和通信端之间。
  • 电源端和通信端之间。
 绝缘电压测试图 1-2 绝缘电压测试

介电强度测试是指以下五个位置 (①②③④⑤) 应能连续 1 分钟承受 4380V 的直流电压,而不出现绝缘击穿和飞弧现象且泄漏电流须小于 10mA。

  • 连接电池的采样端和接地端之间。
  • 通信端和接地端之间。
  • 采样端和电源端之间。
  • 采样端和通信端之间。
  • 电源端和通信端之间。
 介电强度测试图 1-3 介电强度测试

测试提示:

  1. 非电气化、断开 PE、高压和通信;
  2. 在进行 ① 测试时,在高压(BAT+/BAT-)和 PE 之间,因电池簇电压包含在其中,电路需要能承受 5880V (4380V +1500V)。

 

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