2015年比亞迪唐DM混動(dòng)版高壓漏電

◆文/廣東 汪貴行 汪宇軒

故障現(xiàn)象

一輛2015年生產(chǎn)的比亞迪唐DM混動(dòng)版，已行駛66 787km，其中EV純電支持下的行駛里程為39 614km，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)支持HEV里程為27 173km，之前一直沒出過什么故障，車況十分穩(wěn)定，但近日在啟動(dòng)上電OK指示燈變綠后，組合儀表上突然出現(xiàn)“EV功能受限”(圖1)的提示。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)仍能啟動(dòng)，車輛自動(dòng)切換到HEV發(fā)動(dòng)機(jī)模式，EV純電驅(qū)動(dòng)的方式無法使用。

圖1 出現(xiàn)“EV功能受限”的提示

故障診斷與排除

故障車比亞迪唐DM是一款插電雙模式油電混合、四驅(qū)的運(yùn)動(dòng)型SUV多功能車。該車動(dòng)力輸出有EV純電模式和HEV混動(dòng)模式，當(dāng)動(dòng)力電池的高壓電不足或有故障時(shí)，還會有發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式。正常情況下，當(dāng)動(dòng)力電池電量SOC在10%以上、車輛上電OK燈變綠時(shí)，無需啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)即可起步，以大幅提高車輛的經(jīng)濟(jì)性。在HEV混動(dòng)經(jīng)濟(jì)模式ECO時(shí)，車速在40km/h以下行駛，優(yōu)先采用純電驅(qū)動(dòng)；車速超過40km/h時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)才會介入。

該車的維修手冊指出，從高壓上電的原理可知，上電的OK指示燈變綠，需經(jīng)過一系列的信息傳遞和判斷過程(圖2)：車輛啟動(dòng)時(shí)，多路控制器MICU將啟動(dòng)信號送給動(dòng)力電池管理器BMS和前驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制器；BMS收到信息后，在命令電池包負(fù)極接觸器吸合的同時(shí)，即進(jìn)行自檢，若沒有檢測到有漏電、欠電壓、高壓互鎖及繼電器燒結(jié)等異常情況時(shí)，則發(fā)出指令讓電池包的預(yù)充接觸器吸合；如果預(yù)充接觸器吸合成功，符合對外輸出高壓電的各項(xiàng)條件，則電池管理器BMS再控制主接觸器工作，并斷開預(yù)充接觸器。對外輸出動(dòng)力電池的電源，電路正式供高壓電，同時(shí)讓OK燈變綠上電成功，表示車輛可純電EV模式行駛；若預(yù)充條件不符合，如高壓電路出現(xiàn)嚴(yán)重漏電信號，或前驅(qū)動(dòng)控制器無高壓或電壓過低，則會自動(dòng)通知車輛的控制系統(tǒng)，斷開電池包的主接觸器，停止純電模式來驅(qū)動(dòng)行駛。而只能啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)OK燈也變綠，但表示只可用HEV模式來驅(qū)動(dòng)車輛。

圖2 高壓上電OK燈變綠的控制過程

故障車SOC儲電指標(biāo)為90%，說明動(dòng)力電池的電量充足，但上電OK指示燈變綠時(shí)，車輛即自動(dòng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)儀表還出現(xiàn)“EV功能受限”的提示。經(jīng)試車檢驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和行駛均正常，只是不能用EV模式，說明可能只是車上的高壓電部分出現(xiàn)了故障。

從上述的故障現(xiàn)象分析，故障車出現(xiàn)“EV功能受限”的故障，應(yīng)全面了解車上的高壓電系統(tǒng)。故障車高壓系統(tǒng)包括：動(dòng)力電池包、高壓配電箱、BMS管理器、前驅(qū)電機(jī)控制器與DC-DC轉(zhuǎn)換器總成、后驅(qū)電機(jī)控制器、前和后驅(qū)動(dòng)電機(jī)、空調(diào)配電盒、PTC暖水加熱器、電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)、充電口總成、高壓連接線束等。

使用比亞迪汽車VDS2000專用診斷儀進(jìn)行掃描發(fā)現(xiàn)，故障車內(nèi)存儲有三個(gè)故障碼：P1A0000-高壓電有嚴(yán)重漏電、P1CA1-嚴(yán)重漏電、P1CA2-一般漏電。

檢測漏電傳感器的數(shù)據(jù)流發(fā)現(xiàn)其電阻為0(圖3)，明顯異常。嘗試清除故障碼，重新調(diào)取故障和數(shù)據(jù)流，沒有任何變化，車輛仍不能使用純電驅(qū)動(dòng)模式。這說明故障車“EV功能受限”的原因是“嚴(yán)重漏電”造成的。

圖3 故障車漏電傳感器絕緣電阻數(shù)據(jù)流

電動(dòng)車上有低壓電路和高壓電路，低壓采用12V直流電，與傳統(tǒng)燃油汽車無異，主要供給低電壓的用電器具，如燈光、儀表及控制設(shè)備等。其特點(diǎn)是：單線制、用鐵質(zhì)車身作為負(fù)極回路，各用電器相互并聯(lián)。而高壓電為動(dòng)力電池包的輸出電壓，本車型的動(dòng)力電池工作電壓最低為640V，是在動(dòng)力電池儲電量低于5%時(shí)出現(xiàn)的，而最高電壓達(dá)720V，高壓電供應(yīng)給用電設(shè)備，如車輛驅(qū)動(dòng)電機(jī)、DC-DC低壓轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)和PTC元件等等。

從電工安全常識知道，凡25V以上的交流電或60V以上的直流電，都會對人體構(gòu)成危害，具有一定的危險(xiǎn)性。為防止這種高電壓產(chǎn)生對人體的危害，其正、負(fù)極均不能用車身搭鐵來做回路，所以高壓線束的連接，對車身均是獨(dú)立絕緣的。一旦高壓部件有對車身的絕緣阻值過小，也就是存在漏電時(shí)，輕則損壞車上的用電設(shè)備，重則可能引發(fā)人身安全的危險(xiǎn)事故，故漏電保護(hù)是電動(dòng)車的一種基本的安全保護(hù)措施。

對于電動(dòng)車，漏電檢測是利用漏電傳感器，檢測“當(dāng)量絕緣值”來計(jì)算高壓部件及電路的絕緣阻值。通過檢測動(dòng)力電池的正負(fù)母線與車身底盤的絕緣阻值來進(jìn)行判斷漏電情況。BMS動(dòng)力電池管理器根據(jù)所采集的絕緣阻值，以及動(dòng)力電池的電壓值，按通常規(guī)定的公式，就可計(jì)算出一個(gè)當(dāng)量絕緣值。當(dāng)絕緣阻值過小時(shí)，BMS會進(jìn)行相關(guān)保護(hù)性控制，斷開接觸器禁止高壓輸出放電，此時(shí)無法用EV純電模式來驅(qū)動(dòng)車輛行駛，并點(diǎn)亮儀表上的漏電故障燈，提醒駕駛員注意此漏電故障。

“當(dāng)量絕緣值”是用1V電壓的絕緣電阻不得低于500Ω(即500Ω/V)來計(jì)算的。當(dāng)絕緣阻值大于或等于500Ω/V時(shí)，表示高壓電路系統(tǒng)絕緣良好；若絕緣阻值在100～500Ω/V范圍內(nèi)，則表示一般漏電；若絕緣阻值小于或等于100Ω/V時(shí)，表示系統(tǒng)嚴(yán)重漏電。

在圖4所示公式中，先測量動(dòng)力電池的正、負(fù)母線分別對車身機(jī)殼的電壓V+及V-，在V+及V-中取大者作為V1。假設(shè)在正極端測量對車身的電壓更高，則取V+為V1,而舍去V-；反之則取V-作為V1(圖5)。然后在電壓表兩端并聯(lián)一個(gè)100KΩ的電阻，再檢測V1處的電壓作為V2,再按公式計(jì)算出絕緣電阻值，并按規(guī)定對動(dòng)力電池進(jìn)行判斷絕緣是否符合要求。

圖4 絕緣電阻值計(jì)算公式

圖5 絕緣電阻計(jì)算公式中電壓的測量

導(dǎo)致漏電的可能原因有：漏電傳感器或BMS動(dòng)力電池管理器故障；動(dòng)力電池包本身漏電或高壓配電箱漏電；高壓配電箱下游高壓模塊漏電，或各高壓模塊的下游用電設(shè)備的漏電，如前驅(qū)動(dòng)電機(jī)、后驅(qū)動(dòng)電機(jī)、PTC暖加熱器及電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)等出現(xiàn)的漏電；高壓線束漏電。

一旦發(fā)生漏電故障，先由漏電傳感器自動(dòng)發(fā)出漏電的故障信息，BMS收到漏電傳感器發(fā)送來信號并進(jìn)行處理，按故障碼的因果關(guān)系首先檢查BMS本身，若動(dòng)力電池管理器無故障，則可推斷漏電可能來自車上的漏電傳感器，或是在電池包內(nèi)部。由于一般維修不會拆開電池包來檢查，故無法查看電池包內(nèi)部，只有先從電池包外部的高壓部件進(jìn)行排查。

車輛無故障情況下，上電OK指示燈變綠，BMS自檢無異常，則會自動(dòng)吸合動(dòng)力電池包內(nèi)部的分壓接觸器和負(fù)極接觸器，同時(shí)吸合高壓配電箱內(nèi)的預(yù)充接觸器。前驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器及DC-DC轉(zhuǎn)換器集成在一體，稱為“二合一”總成，當(dāng)監(jiān)測到高壓在正常范圍內(nèi)，即達(dá)到標(biāo)稱電壓的2/3以上時(shí)，則預(yù)充電的任務(wù)順利完成。當(dāng)預(yù)充完成后BMS再控制高壓配電箱內(nèi)的主接觸器吸合，同時(shí)斷開預(yù)充接觸器。高壓配電箱把高壓電按需并聯(lián)分配，供電給前驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器與DC-DC轉(zhuǎn)換器總成、后驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、空調(diào)配電盒、車載充電器等。再由各控制模塊，將高壓電分配到下游的用電設(shè)備，如前驅(qū)動(dòng)電機(jī)、后驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)、PTC暖水加熱器等等。

圖6為故障車動(dòng)力電池包—高壓配電箱—各高壓模塊的總配電圖，從中可以看出高壓母線的走向。圖中“雙路電”是蓄電池的低壓電，控制給各繼電器的電源，也就是用低壓電來控制高壓電。只有雙路電的電源正常，才可供給高壓電給各高壓負(fù)載的電源。圖中橙色線為動(dòng)力高壓電的正、負(fù)母線。

圖6 故障車高壓系統(tǒng)配電圖

比亞迪唐DM動(dòng)力電池包內(nèi)部含有負(fù)極接觸器及分壓接觸器，在車輛沒有上電時(shí)，內(nèi)部接觸器是無法吸合的，需用專用器具才能人為操作使之吸合，操作比較麻煩。從電路圖可以看出：前驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、后驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、空調(diào)配電盒、車載充電器四者之間是并聯(lián)關(guān)系，只需拔出其中一個(gè)高壓母線，測量線束的對車殼絕緣阻值，就可判斷其余三個(gè)是否存在問題漏電問題。如果測出絕緣阻值過小時(shí)，再挨個(gè)拔掉其余模塊的高壓插頭，當(dāng)拔掉某一個(gè)模塊的高壓插件時(shí)，絕緣阻值變大至不漏電時(shí)，就說明該模塊或它的下游用電器有問題。反之，測出的絕緣阻值正常，則證明其它的模塊沒有問題。

按先簡后難的故障排查邏輯，列出排查順序?yàn)椋呵膀?qū)動(dòng)電機(jī)控制器、后驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、空調(diào)配電盒、車載充電器、PTC、壓縮機(jī)、前電機(jī)、后電機(jī)、高壓配電箱、動(dòng)力電池包。

因檢測此車漏電發(fā)生時(shí)并沒有在充電，由于車載充電器沒有工作，充電口總成是斷開的，所以車載充電器及充電口不在懷疑之列，無需檢測其漏電故障。

戴好絕緣手套，做好高壓電的防護(hù)措施，在車輛沒有上電情況下，先斷開低壓蓄電池的負(fù)極，等待10min以上，檢測高壓已沒有任何電壓，再打開發(fā)動(dòng)機(jī)前艙蓋，拔出前驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的高壓母線，使用兆歐表選擇直流1000V的量程，黑表筆對車身搭鐵，紅表筆接高壓母線電芯，分別對各高壓部件進(jìn)行檢測。

1.測得母線正極與負(fù)極對車身絕緣阻值均在24.9MΩ(圖7)以上，遠(yuǎn)大于500Ω/V的漏電的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)值，證明后驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、空調(diào)配電盒、車載充電器以及母線束的絕緣良好，沒有漏電的故障；

圖7 高壓正負(fù)母線絕緣為24.9MΩ

2.用兆歐表測量前驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器高壓輸入端正極對地絕緣阻值47.4MΩ(圖8)，負(fù)極對地絕緣阻值46.6MΩ，也說明前驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器沒有漏電故障；

圖8 前驅(qū)控制器絕緣正常

3.前、后驅(qū)控制器、空調(diào)配電盒、車載充電器以及線束等的四個(gè)模塊的絕緣均良好，范圍進(jìn)一步縮小。因各模塊下游還有高壓用電設(shè)備，需再檢測空調(diào)配電盒下游的PTC暖水加熱器、空調(diào)壓縮機(jī)等正負(fù)母線，絕緣阻值分別測為58.9MΩ和57.4MΩ，檢測電動(dòng)空調(diào)的絕緣為47.6MΩ，排除壓縮機(jī)的漏電故障；

4.斷開前驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的高壓輸出端，用兆歐表分別測量前電機(jī)的A相、B相、C相對地絕緣阻值均為無窮大，排除前電機(jī)的漏電；用同樣的方法去測量后電機(jī)的A相、B相、C相對地絕緣阻值也是無窮大，排除了后電機(jī)絕緣故障；

5.拔出動(dòng)力電池包正、負(fù)極高壓母線，兆歐表測量高壓配電箱的正極母線對地絕緣阻值為123.5MΩ(圖9)，排除高壓配電箱的絕緣問題。

圖9 電池包正負(fù)母線絕緣良好

由于動(dòng)力電池包以外的高壓部件，以及高壓母線未檢測到異常，剩下只有動(dòng)力電池包值得懷疑。動(dòng)力電池包內(nèi)部有多個(gè)接觸器，車輛要在已上電OK變綠時(shí)，才會有高壓電輸出。根據(jù)國際檢測漏電公式，再結(jié)合該車型的《電器原理圖》、《唐車型動(dòng)力電池漏電檢測方法》等技術(shù)維修資料，對電池包進(jìn)行漏電檢測。

檢測電池包的漏電和計(jì)算絕緣電阻的具體方法是：

1.在駕駛座椅下方，找到動(dòng)力電池包的低壓接插頭，在副駕駛座椅下方有蓄電池，接12V電源使電池包內(nèi)部的分壓接觸器吸合(圖10)；

圖10 接低壓電使電池包內(nèi)部的接觸器吸合

2.因車輛長時(shí)充電，萬用表測量電池包的輸出電壓已到720V，達(dá)上限值是符合要求的，但應(yīng)特別重視安全操作，再分別測量電池包正極對機(jī)殼電壓為0，測量負(fù)極對機(jī)殼的電壓為716V(圖11)，取兩個(gè)電壓中的大值，參考上述圖5取電池包正、負(fù)對地電壓的大值，為負(fù)極的716V作為計(jì)算公式中的V1電壓；

3.在萬用表的兩表筆之間并聯(lián)一個(gè)110kΩ的電阻后，再檢測電池包的負(fù)極對車身機(jī)殼的電壓，得測量值為631V(圖12)，作為計(jì)算絕緣電阻公式中的V2電壓；

圖11 檢測電池包輸出電壓及負(fù)極電壓

圖12 并聯(lián)110kΩ電阻后檢測負(fù)極電壓

4.按電動(dòng)汽車國際規(guī)定的絕緣漏電公式進(jìn)行計(jì)算，得出當(dāng)量絕緣值為20.58Ω/V(圖13),電池包內(nèi)部的絕緣電阻過小，說明動(dòng)力電池包內(nèi)部確實(shí)存在嚴(yán)重漏電的故障。

圖13 按絕緣公式計(jì)算出的當(dāng)量絕緣值

從上面判斷得知電池包內(nèi)部有漏電故障，但從維修安全考慮，電動(dòng)車生產(chǎn)廠家不提倡或不允許修理廠拆解動(dòng)力電池包，由生產(chǎn)廠統(tǒng)一處理。特別是該2015款的“唐”車，電池包仍屬三包質(zhì)保期內(nèi)，向廠家申請更換動(dòng)力電池包，得到廠家批準(zhǔn)免費(fèi)更換新電池包后，再多次進(jìn)行試車檢驗(yàn)，此故障終被徹底排除。

維修小結(jié)

在本案例中，應(yīng)特別重視維修的安全注意事項(xiàng)。處理和更換動(dòng)力電池包、接觸高電壓均會帶來一定的危險(xiǎn)，應(yīng)做好防護(hù)措施，始終把安全放在第一位。

另外，維修前應(yīng)先查閱維修手冊、技術(shù)資料和電器原理圖等等，熟悉電動(dòng)車型的結(jié)構(gòu)、高壓電的工作原理，正確使用工具設(shè)備，熟練掌握兆歐表、萬用表、示波器等檢測工具，嚴(yán)格按照電動(dòng)車輛維修安全手冊要求進(jìn)行作業(yè)。對故障應(yīng)根據(jù)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析、理順?biāo)悸?、從簡到難一步一步縮小范圍，對每項(xiàng)檢測的數(shù)據(jù)應(yīng)多檢測幾次，確保準(zhǔn)確無誤。