純電動(dòng)汽車故障診斷方法探究

彭德豹

摘 要：純電動(dòng)汽車的故障主要有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障、電池管理系統(tǒng)故障和充電系統(tǒng)故障等，文章針對(duì)幾類常見故障的機(jī)理進(jìn)行分析，總結(jié)歸納故障診斷的思路，并以故障案例來介紹純電動(dòng)汽車故障診斷方法。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車;故障診斷;方法探究

電動(dòng)汽車是指以動(dòng)力電池為動(dòng)力，用電機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的車輛，并且要求各項(xiàng)指標(biāo)符合道路交通和安全法規(guī)。與傳統(tǒng)汽車相比，電動(dòng)汽車對(duì)環(huán)境影響較小，世界各國都在強(qiáng)力推廣。

1 純電動(dòng)汽車的主要結(jié)構(gòu)分析

與傳統(tǒng)汽車相比，純電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)替代了發(fā)動(dòng)機(jī);傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了較大簡化;增加了電源系統(tǒng)和電力控制系統(tǒng)等新機(jī)構(gòu)。純電動(dòng)汽車主要包括電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、車身、底盤、輔助系統(tǒng)等四部分。電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)包含電源系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)等。

電源系統(tǒng)主要包括動(dòng)力電池、電池管理系統(tǒng)和車載充電機(jī)等。動(dòng)力電池是能量的存儲(chǔ)裝置。目前的純電動(dòng)汽車以鋰離子蓄電池為主，應(yīng)用最為廣泛的是磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。電池管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)力電池的使用情況，對(duì)動(dòng)力電池的端電壓、電池剩余電量、放電時(shí)間、放電深度等狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。還對(duì)單個(gè)電池內(nèi)阻、溫度、電壓等信號(hào)進(jìn)行采集。車載充電機(jī)是把交流電轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電壓的直流電，并按要求控制其充電電流。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的功用是將動(dòng)力電池中的電能，通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械能，減速增扭后，驅(qū)動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，保證汽車行駛;在汽車減速制動(dòng)或者下坡時(shí)，運(yùn)用再生制動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)部分能量回收。驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)包含驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制器、功率變換器等，是純電動(dòng)汽車的“心臟”。

2 故障診斷機(jī)理分析

隨著純電動(dòng)汽車的廣泛應(yīng)用，電動(dòng)汽車的故障也越來也多的被人們發(fā)現(xiàn)。由于電動(dòng)汽車工作機(jī)理與傳統(tǒng)汽車差別較大，其故障產(chǎn)生原因和維修方法與傳統(tǒng)汽車相比也有很大不同。純電動(dòng)汽車常見的故障有車輛無法行駛、無法提速、無法充電等。這些故障可歸納為充電系統(tǒng)故障、電池管理系統(tǒng)故障和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障等。這類故障的產(chǎn)生機(jī)理與診斷方法完全不同于傳統(tǒng)汽車的維修。

（1）充電系統(tǒng)故障機(jī)理分析。純電動(dòng)汽車當(dāng)車載電池能量不足時(shí)，需要用充電設(shè)備進(jìn)行充電。充電系統(tǒng)分為常規(guī)充電（慢充）和快速充電兩種。常見的充電系統(tǒng)故障有充電口指示燈不亮、儀表盤充電指示燈不顯示、繼電器不吸合等故障。

車輛的慢速充電工作邏輯是VCU（整車控制器）首先檢測(cè)慢充口的CC線是否接通，從而確定慢充槍是否連接，如果連接異常，則不啟動(dòng)OBC（車載充電系統(tǒng)）;連接正常，則進(jìn)一步檢測(cè)CP與PE（接地線）之間的電壓，如果電壓不處于9-12V （標(biāo)準(zhǔn)為12V）之間，將不啟動(dòng)OBC;電壓正常， VCU將進(jìn)一步確定遠(yuǎn)程控制開關(guān)開啟狀態(tài)。如果開關(guān)開啟，將不啟動(dòng)OBC;開關(guān)關(guān)閉，VCU則喚醒BMS（電池管理系統(tǒng)）。BMS上報(bào)電池內(nèi)部信息，如果達(dá)到充電條件，VCU將閉合電池總負(fù)繼電器，CMU（慢充管理模塊）將啟動(dòng)電子鎖，同時(shí)OBC開始起動(dòng)，進(jìn)行正常充電。

車輛的快速充電工作邏輯是VCU首先檢測(cè)快充口的CC2線（充電控制確認(rèn)線2）是否接通，從而確定快充槍是否連接，如果連接異常，則不啟動(dòng)快充繼電器;連接正常，則進(jìn)一步檢測(cè)A+（快充喚醒線）與A-（搭鐵線）之間的電壓，如果電壓不處于9-12V （標(biāo)準(zhǔn)為12V）之間，將不啟動(dòng)快充繼電器;電壓正常， VCU喚醒快速充電模式，使BMS與快充樁進(jìn)行通訊;如果通訊異常，仍然不啟動(dòng)快充繼電器，通訊正常，VCU將使快充繼電器工作，車輛進(jìn)入快速充電狀態(tài)。

根據(jù)以上充電系統(tǒng)工作機(jī)理分析，充電系統(tǒng)故障診斷的一般思路為先讀取相關(guān)故障碼或數(shù)據(jù)流，然后再確認(rèn)充電連接線和充電控制確認(rèn)線狀態(tài)，接下來檢測(cè)相關(guān)通訊線路狀態(tài)，最后進(jìn)行相關(guān)控制模塊的檢測(cè)。例如一輛北汽EX360車輛無法充電，該車已行駛里程約3000km。在一次正常行駛歸來后，發(fā)現(xiàn)車輛無法進(jìn)行慢充充電。據(jù)駕駛員反映，打開點(diǎn)火開關(guān)車輛可以正常上電;關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，插入充電槍時(shí)，充電口處充電指示燈不亮，儀表盤上也無充電指示，車輛無法慢充。在進(jìn)行快速充電時(shí)，充電正常。維修人員首先用專用診斷儀讀取故障碼，無故障碼存在。然后使用萬用表檢測(cè)慢充槍CC與PE之間的電阻，電阻值為1.5KΩ，正常。接下來維修人員檢測(cè)CP與PE之間的電壓，電壓值為12V，正常。維修作業(yè)進(jìn)行到此處，基本確定故障原因應(yīng)為各電控模塊故障或相關(guān)線路通訊故障。接下來維修人員使用背插法逐一測(cè)量慢充充電喚醒線路，發(fā)現(xiàn)CMU的慢充喚醒線，CMU端電壓為12V正常，而慢充喚醒線VCU端的電壓僅為8V，電壓明顯過低，于是對(duì)電路電阻進(jìn)行測(cè)量，電阻值為350Ω，大大高于正常值2Ω。顯然為線路接觸不良。于是維修人員查找線路的中間插接器，進(jìn)行逐段測(cè)量。通過對(duì)維修手冊(cè)查詢，發(fā)現(xiàn)該線路僅有一個(gè)中間插接器位于右側(cè)儀表板下的地板處。維修人員一邊晃動(dòng)插接器一邊測(cè)量線路電阻，發(fā)現(xiàn)線路的電阻值一直跳動(dòng)變化。于是維修人員確定此處插接器接觸不良，對(duì)插接器的相關(guān)線路進(jìn)行跨接處理。再次進(jìn)行慢充充電，充電正常，故障排除。對(duì)故障產(chǎn)生機(jī)理分析不難看出，該故障產(chǎn)生的原因是由于CMU喚醒線接觸不良，致使VCU未能接到相關(guān)慢充喚醒信號(hào)，進(jìn)而使整個(gè)充電系統(tǒng)無法運(yùn)行。

（2）動(dòng)力電池系統(tǒng)故障機(jī)理分析。動(dòng)力電池系統(tǒng)是純電動(dòng)汽車的技術(shù)核心，它的好壞既影響車輛運(yùn)行的可靠性，又影響整車的安全性。動(dòng)力電池系統(tǒng)常見故障有電池管理系統(tǒng)故障、單體電池故障和線路故障等。

單體電池故障在車輛維修中，很少涉及。電池管理系統(tǒng)故障對(duì)于保障電池組的安全及使用壽命具有重要作用。電池管理系統(tǒng)故障包括CAN通信故障、單體電壓和溫度測(cè)量故障、繼電器故障和加熱器故障等。線路故障在純電動(dòng)汽車故障中尤為常見，故障一般有接觸不良、線路短路與斷路等。這類故障對(duì)行車安全有著極大影響，因?yàn)榫€路的故障，在極端情況下還能引起高溫，產(chǎn)生電弧，甚至造成安全事故。

電池管理系統(tǒng)故障診斷思路一般為先讀取故障碼和相關(guān)數(shù)據(jù)流，分析動(dòng)力電池總電壓、單體電池電壓、電池溫度等相關(guān)信息，從中尋找故障部位，最后對(duì)相關(guān)線路進(jìn)行檢測(cè)。

（3）驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)故障機(jī)理分析。驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的故障主要分為調(diào)速控制裝置故障與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)故障。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)中，調(diào)速控制器的功能是將輸入的直流電逆變成三相交流電，并對(duì)電壓、頻率進(jìn)行調(diào)整，按控制單元的要求供給驅(qū)動(dòng)電機(jī)。不同工況下，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不同的機(jī)械能。

電動(dòng)機(jī)的故障一般可分為電氣故障與機(jī)械故障。機(jī)械方面的主要故障有定子損壞、轉(zhuǎn)子損壞、轉(zhuǎn)軸損壞和軸承損壞等;電氣方面的故障主要是定子繞組故障與轉(zhuǎn)子繞組故障?，F(xiàn)在電動(dòng)機(jī)的技術(shù)較為成熟，故障率較低。因此調(diào)速控制裝置故障也成為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因。調(diào)速控制裝置的故障主要包括以下幾類：IGBT故障、斷路類故障、短路類故障、絕緣類故障、溫度過高報(bào)警、相電流過大、欠電壓等高壓電氣系統(tǒng)故障。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障診斷的一般思路為用診斷儀檢測(cè)故障碼和數(shù)據(jù)流，并進(jìn)行分析高壓電壓、低壓蓄電池電壓和DC-DC轉(zhuǎn)換器是否正常，然后測(cè)量低壓蓄電池靜態(tài)和起動(dòng)電壓，再檢查控制器的各插接器（低壓和高壓線束），最后檢測(cè)控制器和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。例如一輛北汽EV160 純電動(dòng)汽車，車輛無法起動(dòng)，同時(shí)組合儀表的蓄電池報(bào)警燈點(diǎn)亮，該車已行駛近20000km。接車后發(fā)現(xiàn)正如駕駛員所述，車輛無法正常上電，蓄電池報(bào)警燈點(diǎn)亮。維修人員使用診斷儀讀取故障碼和數(shù)據(jù)流，并分析整車控制器和BMS（電池管理系統(tǒng)）數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)正常。接下來使用萬用表測(cè)量低壓蓄電池靜態(tài)電壓，電壓為12.3V，正常。進(jìn)一步檢查低壓蓄電池起動(dòng)電壓，將電源開關(guān)旋轉(zhuǎn)至起動(dòng)擋，測(cè)量低壓蓄電池電壓，發(fā)現(xiàn)電壓認(rèn)為12.3V，電壓異常（標(biāo)準(zhǔn)13.8-14V）。斷開 DC-DC 變換器高壓輸入端、低壓控制端接插件并檢查;檢查各端子是否退針、松動(dòng)，端子正常;檢查輸入端子各電壓，正常;在檢查低壓控制端接插件A腳時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓為0.5V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于12V標(biāo)準(zhǔn)電壓。于是判斷DC-DC損壞，更換DC-DC后，再次試車，上電正常，故障排除。

3 結(jié)束語

電子信息技術(shù)在電動(dòng)汽車上的廣泛應(yīng)用，使車輛故障測(cè)試和診斷更加復(fù)雜，以往的經(jīng)典維修方法和手段已經(jīng)無法滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。電動(dòng)汽車的故障診斷正向自動(dòng)化、專業(yè)化方向發(fā)展。這就要求電動(dòng)汽車維修從業(yè)人員不僅要就有更加專業(yè)的理論知識(shí)，還要借助更加專業(yè)的診斷設(shè)備。隨著相關(guān)的故障診斷設(shè)備的不斷完善，維修人員的知識(shí)不斷豐富，電動(dòng)汽車的故障診斷方法和手段將會(huì)更加豐富多彩。

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