四 动力电池包绝缘阻值检测
1.动力电池包组成
混动、纯电动汽车的动力电池系统通常工作电压为100～800V，而单体电池的电压为3.7V（三元锂离子电池），这时需要将多节的单体电池通过串并联的方式组成动力电池包（Battery Pack），以满足电压和容量的要求。动力电池包成组的过程中并不是简单将单体电池串并联，而是根据动力电池箱的结构、尺寸先将单体电池组成电池模组，再将电池模组串并联组成动力电池包，并根据需要在动力电池包内系统集成接触器、热管理系统、电池信息采集系统、电池管理系统等。电池模组由多节单体电池通过串联或并联组成，并联可提高电池模组的容量，串联可提升电池模组的电压。如图1-14所示，4节额定电压为3.7V、额定容量为1A·h的三元锂离子电池通过并联成电池模组，模组电压仍为3.7V，而额定容量变成了4A·h；4节同样的锂离子电池通过串联组成电池模组，模组电压变为14.8V，而额定容量仍为1A·h。
为了形象表达电池模组的单体电池连接关系，通常对动力电池模组进行编号，用字母S表示串联，用字母P表示并联，如某电池模组型号为2P5S，代表该电池模组由2个单体电池并联，再将5组并联后的电池串联，如图1-15所示。该电池模组共包括10个单体电池，输出电压为18.5V，容量为2A·h。
图1-14 动力电池模组并联与串联
图1-15 2P5S电池模组
2.动力电池包安全要求
2020年5月12日，工业和信息化部组织制定的GB 18384—2020《电动汽车安全要求》强制性国家标准由国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准发布，于2021年1月1日起开始实施。新标准代替了GB/T 18384.3—2015《电动汽车 安全要求 第1部分：车载可充电储能系统（REESS）》、GB/T 18384.2—2015《电动汽车 安全要求 第2部分：操作安全和故障防护》和GB/T 18384.3—2015《电动汽车 安全要求 第3部分：人员触电防护》。
GB 18384—2020《电动汽车安全要求》规定对于B级电压电路（交流电压大于30V且小于等于1000V，直流电压大于60V且小于等1500V）电能存储系统（动力电池包）或产生装置（燃料电池堆）在外部以及内部高压电气部件的第一可视面醒目位置设置高压危险标识，黑标、黑框、黄底，如图1-16所示。在高压标识附近还应清晰注明动力电池包的类型，如镍氢电池、锂离子电池等。
图1-16 高压安全标识
在动力电池的生命周期内，其高压电气系统的输出端（正极和负极）与动力电池箱体间的绝缘阻值应大于500Ω/V。除此以外，按标准的要求，动力电池包的绝缘防护设计还需要考虑密封性能，主要是因为水或水蒸气进入动力电池包内部会引起系统内部的高压带电部分与壳体通过阻值较低的水相连接，导致高压绝缘失效。一般动力电池的绝缘监测通过动力电池管理系统（BMS）来进行，BMS对动力电池漏电的检测分三种状态，见表1-5。
表1-5 BMS对动力电池漏电的三种检测状态
3.动力电池绝缘阻值测量
按照GB 18384—2020《电动汽安全要求》和GB 38301—2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》，测量动力电池绝缘电阻时，若动力电池的电流接合开关集成在动力电池内部，测量时接合开关应全部闭合。如果车辆有动力电池绝缘电阻监测系统时，应将其关闭，以免影响测量值。动力电池包绝缘电阻测量以完全充满电状态进行，环境温度为22℃±5℃，湿度为15%～90%。电压检测工具的内阻应≥10MΩ。
动力电池绝缘阻值的具体的测量步骤如下：
1）使动力电池包或系统内的电力、电子开关处于激活状态，保证动力电池包处于接通（上电）。
2）用相同的两个电压检测工具同时测量动力电池包正、负极两个端子和电平台之间的电压，如图1-17a所示。待读数稳定，较高的一个为U1，较低的一个为U1′。
3）添加一个已知电阻R0，阻值宜选择1MΩ。如图1-17b所示并联在动力电池包的U1侧端子与电平台之间。再用步骤2）中的两个电压检测工具同时测量动力电池包的正、负极两个端子和电平台之间的电压，待读数稳定后，测量值为U2和U2′。
图1-17 动力电池包绝缘阻值测量
4）计算绝缘电阻Ri。
Ri可以使用R0和四个电压值U1、U1′、U2和U2′以及电压检测设备内阻r代入式（1-1）或式（1-2）来计算。
上述动力电池包绝缘电阻测量方法与整车高压电气部件上电状态绝缘电阻测量方法一致。除了上述动力电池包绝缘电阻测量方法外，GB 38301—2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》还给出了第二种测量方法，使用绝缘检测仪直接测量动力电池包正、负端子对电平台绝缘阻值。具体步骤如下：
1）使动力电池包或系统内的电力、电子开关处于激活，保证动力电池包处于接通状态。
2）使用绝缘检测仪分别测量动力电池包正、负极两个端子与电平台之间的绝缘电阻（注：动力电池包电平台可以是与整车电平台连接的可导电外壳）。
3）绝缘检测仪的测量电压应为动力电池包标称电压的1.5倍或500V(DC)电压的较高值。绝缘检测仪测量时间应该足够长，以便获得稳定的读数，推荐值为30s。