純電動汽車的故障診斷方法研究

邱晨曦

純電動汽車的故障診斷方法研究

邱晨曦

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州 350108）

純電動汽車作為新能源汽車的主力軍，在汽車市場中占據(jù)十分重要的地位。相較于傳統(tǒng)燃油車，純電動車的故障不涉及發(fā)動機故障，主要涉及汽車無法正常上電和無法正常充電這兩種故障現(xiàn)象。文章通過對純電動汽車充放電的機理進行分析，歸納出常見的故障并整理出思路，對純電動汽車的故障診斷方法進行了研究。

純電動汽車；故障診斷；診斷方法

前沿

純電動汽車是指動力源來自于動力電池而非傳統(tǒng)汽車上的發(fā)動機，主要以電力驅(qū)動電機，進而將產(chǎn)生的動力傳遞到車輪，驅(qū)動汽車行駛的車輛。由于純電動汽車在環(huán)保方面的優(yōu)異表現(xiàn)，世界各國都在強力推廣。相較于傳統(tǒng)汽車來說，純電動汽車的故障原因比較復(fù)雜，各種可能出現(xiàn)的情況都會對純電動汽車造成影響，排除故障較為困難。

1 純電動汽車的主要結(jié)構(gòu)

發(fā)動機作為傳統(tǒng)燃油車的“心臟”，在純電動車上則變成了動力電池；變速器作為傳統(tǒng)燃油車的“雙腿”，在純電動車上用減速器總成而取代?？梢灾溃冸妱悠嚨目傮w結(jié)構(gòu)相較于傳統(tǒng)燃油車更簡單。純電動汽車的主要結(jié)構(gòu)包括：動力電池系統(tǒng)，驅(qū)動電機系統(tǒng)，高壓配電系統(tǒng)，車身、底盤控制系統(tǒng)等。

動力電池系統(tǒng)主要包括動力電池組，電池管理系統(tǒng)（BMS）、高低壓線束和熱管理組件。目前市面上的純電動起車的動力電池電壓普遍在300-600V左右，應(yīng)用最為廣泛的是三元鋰離子電池和磷酸鐵鋁電池。電池管理系統(tǒng)（BMS）作為整車充放電的核心部件，實時監(jiān)控動力電池組內(nèi)部的單體電池的溫度、電壓和內(nèi)阻等參數(shù)進行實時監(jiān)控，同時對純電動汽車上常見的4種接觸器（主正接觸器、主負接觸器、預(yù)充接觸器、充電接觸器）進行控制，保證純電動汽車能夠正常上電和充電。當(dāng)純電動汽車整車出現(xiàn)異常時，能夠以毫秒級時間內(nèi)對整車動力系統(tǒng)回路進行斷路保護，防止高電壓的釋放。高低壓線束能夠保證高電壓在安全的環(huán)境下平穩(wěn)的傳輸高電壓。熱管理組件主要包含液冷循環(huán)系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)，防止動力電池因溫度過高而發(fā)生危險。

純電動汽車的驅(qū)動電機系統(tǒng)主要采用的是三相交流異步電機，主要將三相交流電輸入到電機，在電機定子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子中的電樞繞組切割磁感線并產(chǎn)生電磁力矩，驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)并進行行駛。在汽車制動的時候，交流電動機又可作為發(fā)電機進行再生制動以及能量回收。傳統(tǒng)燃油車中變速器的倒擋主要是滿足汽車倒駛的功能，而在純電動汽車上，汽車倒駛只需改變?nèi)嘟涣麟姷耐婍樞蚣纯蓾M足汽車倒駛，這也在一定程度上簡化了純電動汽車上的變速結(jié)構(gòu)裝置。

高壓配電系統(tǒng)主要包括DC-DC裝置，變頻器，車載充電機等組件。DC-DC裝置主要的功能是將動力電池傳輸?shù)母唠妷恨D(zhuǎn)變成低壓，以供蓄電池及其他用電設(shè)備使用。變頻器的作用是實現(xiàn)交直流（AC-DC、DC-AC）轉(zhuǎn)換的裝置。動力電池包輸出的直流高壓電需要進過高壓配電系統(tǒng)中的變頻器而轉(zhuǎn)變?yōu)槿嘟涣麟娨则?qū)動電機旋轉(zhuǎn)，同樣的，當(dāng)驅(qū)動電機作為發(fā)電機使用時，需要將三相交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妼恿﹄姵匕M行充電。車載充電機是把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并按系統(tǒng)要求對動力電池包進行充電。

2 純電動汽車主要的故障現(xiàn)象分析

純電動汽車的主要故障現(xiàn)象分為兩種，第一種為高壓無法正常上電。在通常環(huán)境下，人體能夠承受的安全最低電壓為36V（DC）。由于純電動汽車動力電池包的高電壓，因此純電動汽車的絕緣監(jiān)測是所有電動汽車控制上電的第一步。通常純電動汽車的最小絕緣電阻值設(shè)置在500千歐左右，通過電池內(nèi)部系統(tǒng)對絕緣電阻進行檢測，當(dāng)絕緣電阻值小于最小絕緣電阻值時，電池系統(tǒng)將會出現(xiàn)絕緣報警信號，供維修人員進行代碼的讀取并進行檢修。針對絕緣故障常見的影響因素包含電池包內(nèi)部電解液出現(xiàn)泄漏，絕緣層破壞以及電池模組內(nèi)部由于振動沖擊而導(dǎo)致絕緣失效等情況。遇到絕緣報警故障時，應(yīng)立即通知車輛維修人員，并應(yīng)立即停止車輛工作，防止對人造成傷害。

純電動汽車的絕緣檢測是電動汽車的第一道保護，高壓互鎖裝置則是純電動汽車的第二道保護。在車輛絕緣正常的情況下，如若出現(xiàn)高壓互鎖斷路現(xiàn)象，車輛依舊無法上高壓電。高壓互鎖裝置（High Voltage Inter-Lock），是用低電平信號來監(jiān)視高壓回路完整性的一種安全設(shè)計方法。高壓互鎖回路分為兩種形式：第一種形式為每個高壓部件上都有獨立的控制器來監(jiān)控高壓互鎖信號，只有當(dāng)全部的控制器都能夠接收到高壓互鎖信號時，才允許接通高電壓。第二種形式為每個部件的高壓電源線相互并聯(lián)，并將所有高壓連接器與連接器監(jiān)測器連接，將所有組件連接成一個完整的回路，只有當(dāng)檢測器都能收到高壓互鎖信號時，才允許接通高壓電。高壓互鎖裝置實質(zhì)上是讓低壓電平信號在互鎖回路上進行傳輸，當(dāng)出現(xiàn)低壓電平信號中斷時，說明高壓器件存在線路斷路或者松脫現(xiàn)象。以比亞迪e5的高壓互鎖為例，該車的高壓互鎖回路主要由電池管理系統(tǒng)、動力電池包、四合一（VTOG）和空調(diào)加熱器（PTC）組成，主要涉及到插接器為電池管理系統(tǒng)（BMS）的BK45（A）和BK45（B）。當(dāng)出現(xiàn)高壓互鎖故障時，檢測的思路主要以先總體后分段的思路，即可拔下電池管理系統(tǒng)插接器，用萬用表電阻檔測量BK45（A）/1與BK45（B）/7端子之間的電阻值，正常的電阻值應(yīng)該小于1Ω，如果實測值為∞，則可以考慮高壓互鎖中存在斷路。進而分為兩條之路進行電阻檢測，縮小范圍，直至查到斷路之處。

當(dāng)車輛絕緣和高壓互鎖裝置都正常的情況下，用鑰匙啟動，將激活整車控制系統(tǒng)并給繼電器提供電源。此時，只有保證高壓配電箱的各相關(guān)部件都能正常工作才能最終讓汽車上高壓電。當(dāng)汽車無法上高壓電時，需要借助車用診斷儀對故障碼進行查詢并讀取相關(guān)重要的數(shù)據(jù)流。假如儀表無法正常進行工作且車輛能夠讀取到故障碼，則首先要對儀表的故障進行排除。常見的儀表故障包含儀表的電源故障及儀表的線路故障，通過電路圖對儀表的電源及線路進行排查，明確故障原因并修理。若儀表能正常工作，則可排除儀表問題，通過診斷儀讀取相應(yīng)的模塊信號。若高壓配電箱的各相關(guān)部件都正常，但是車輛仍然無法上高壓電，則可進一步查詢是否繼電器出現(xiàn)故障。

純電動汽車的第二種故障主要是車輛無法正常充電的現(xiàn)象。車輛充電包括交流慢充和直流快充。車輛直流快充的控制邏輯主要是整車控制器檢測充電控制確認線是否接通，進而判斷快充槍與車輛的連接是否正常，如果連接異常，則不會啟動快充繼電器；連接正常，則進一步檢測搭鐵線與快充喚醒線之間的電壓，當(dāng)電壓不處于標(biāo)準值時（標(biāo)準電壓通常為12V），將不啟動快充繼電器；電壓正常時，整車控制器將喚醒電源管理系統(tǒng)的快充模式；如果通訊異常，快充繼電器仍然無法工作；通訊正常，則電池管理系統(tǒng)將啟動快充繼電器，使車輛進入快速充電的狀態(tài)。

車輛交流慢充的控制邏輯主要是整車控制器首先檢測交流慢充口的充電信號線是否接通，從而確定充電槍是否與整車的交流充電孔進行連接，如果出現(xiàn)連接異常，則系統(tǒng)默認沒有進入到充電模式，即整車無法識別車輛要進行充電。如果交流充電信號接通正常，則整車控制器繼續(xù)監(jiān)測充電信號確認線和接地線之間的電壓，當(dāng)電壓不處于標(biāo)準值時（標(biāo)準電壓通常為12V），則默認不啟動車載充電機，即無法反饋充電連接正常的信號，因此導(dǎo)致無法充電。只有當(dāng)充電信號線以及充電信號確認線都正常接通且電源管理系統(tǒng)能夠被正常喚醒的情況下，電池管理系統(tǒng)將對動力電池包進行通訊，將充電繼電器閉合進而對動力電池包進行充電。

根據(jù)充電機理，一般的診斷思路是通過故障診斷儀讀取相關(guān)的故障代碼和相關(guān)的數(shù)據(jù)流，然后再確認充電信號連接線和充電信號確認線是否處于正常連接狀態(tài)。在確定充電信號連接線和充電信號確認線都處于正常狀態(tài)的情況下，可以對電池管理系統(tǒng)中關(guān)于充點的相關(guān)針腳進行檢測，最后對相關(guān)的繼電器進行檢測。針對市面上的多款純電動汽車，車輛高壓無法上電故障常常也影響著車輛無法正常充電。因此，當(dāng)同時出現(xiàn)兩類故障現(xiàn)象時，首先需要對車輛高壓無法上電故障進行檢修，進而對車輛無法充電故障進行檢修。通過對純電動汽車的高壓上電及充電機理的分析，能夠大大縮短維修人員對純電動車的故障判斷工時，進而大大提高維修作業(yè)能力。

3 結(jié)論

對于純電動汽車的故障診斷，一定要明白純電動汽車的高壓上電和充電的機理，進而引導(dǎo)維修人員正確的對車輛進行檢修工作。由于電子技術(shù)在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用，讓故障測試與診斷變得更加復(fù)雜，以純電動汽車為主的汽車故障診斷診斷方法仍需完善，但無論何種診斷方法都應(yīng)當(dāng)遵循透過現(xiàn)象看本質(zhì)的原則，以機理為接入點，找準突破口，精準定位問題因素，進而解決故障。

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Study on the method of pure electric vehicles fault diagnosis

Qiu Chenxi

（Fuzhou Polytechnic, Fujian Fuzhou 350108 )

The pure electric vehicles as the mainstay of new energy vehicles, occupies an important position in the automo -bilemarket.Compared with traditional fuel vehicles, pure electric vehicles failure doesn’t involve the engine failure.It mainly involves two kinds of fault phenomena: the car cannot be discharged normally and the car cannot be charged normally.In this paper, through the mechanism analysis of pure electric vehicle charging and discharging, the common faults are summarized and the train of thoughts is sorted out, the fault diagnosis method of pure electric vehicles is studied.

Pure electric vehicles; Fault diagnosis; Diagnostic method

U472.4

B

1671-7988(2019)24-16-03

U472.4

B

1671-7988(2019)24-16-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.006

邱晨曦（1976-），男，高級講師，碩士，就職于福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向為車輛工程。