純電動(dòng)商用車絕緣故障分析

張佳佳，郭凡，何田，同曉光

（陜汽集團(tuán)商用車有限公司 研發(fā)中心，陜西 寶雞 721013）

1 引言

純電動(dòng)汽車動(dòng)力源為高壓動(dòng)力電池，由動(dòng)力電池輸出高壓電，經(jīng)電機(jī)控制器轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)主電機(jī)帶動(dòng)車輛運(yùn)行，同時(shí)為制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、PTC、空調(diào)等輔件系統(tǒng)提供動(dòng)力源。整車高壓電路是車輛動(dòng)力傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵。本文通過(guò)故障實(shí)例分析了高壓回路絕緣類故障產(chǎn)生的原因及對(duì)整車運(yùn)行的影響，介紹絕緣類故障的常見(jiàn)排查方法與優(yōu)化方案。

2 故障現(xiàn)象

某純電動(dòng)車在市場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中儀表顯示絕緣故障[1]，車輛限扭矩或直接下電停車，無(wú)法運(yùn)行，重啟后故障依然存在。

3 整車高壓絕緣檢測(cè)邏輯

高壓部件的防護(hù)主要包括防水、機(jī)械防護(hù)及高壓警告標(biāo)識(shí)等。尤其是布置在機(jī)艙外的部件，如電機(jī)及其控制系統(tǒng)、電動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)、DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器、車載充電機(jī)等以及它們中間的連接接口，都需要達(dá)到一定的防護(hù)等級(jí)，電動(dòng)車整車基礎(chǔ)布置如圖1所示。高壓部件應(yīng)具有高壓危險(xiǎn)警告標(biāo)識(shí)，以警示用戶與維修人員在保養(yǎng)與維修時(shí)注意這些高壓部件。為提示和警示用戶與維修人員，高壓線束應(yīng)采用橙色線纜并用橙色波紋管對(duì)其進(jìn)行防護(hù)[2]。并且所選高壓連接器防護(hù)等級(jí)應(yīng)不低于IP67等級(jí)。

純電動(dòng)車絕緣檢測(cè)一般由電池管理系統(tǒng)（BMS）進(jìn)行絕緣檢測(cè)，檢測(cè)方法一般為電橋平衡法。若電池管理系統(tǒng)檢測(cè)到整車回路中出現(xiàn)絕緣故障，即上報(bào)整車控制器（VCU），由整車控制器進(jìn)行下電或停車指令下發(fā)。當(dāng)汽車高壓附件設(shè)備發(fā)生絕緣、短路時(shí)，高壓管理系統(tǒng)會(huì)通過(guò)對(duì)接觸器觸點(diǎn)和相關(guān)控制接觸器閉合的有效指令進(jìn)行綜合判定，若檢測(cè)出相關(guān)電路故障，儀表會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警以提示駕駛員。

圖1 純電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)框圖

純電動(dòng)車絕緣故障分為三個(gè)等級(jí)，一級(jí)500Ω/V[3]，二級(jí)300Ω/V，三級(jí)100Ω/V；一般故障處理邏輯為：

一級(jí)故障進(jìn)行報(bào)警提示；

二級(jí)故障進(jìn)行報(bào)警提示，并對(duì)車輛限速；

三級(jí)故障進(jìn)行報(bào)警提示，并對(duì)車輛限速，按車輛狀態(tài)進(jìn)行強(qiáng)制延遲下電。

4 故障原因排查

純電動(dòng)車報(bào)絕緣類故障多發(fā)于下雨天或洗車后，一般檢修排查需穿戴絕緣防護(hù)裝置。排查步驟如下：

（1）處理電動(dòng)車絕緣類故障優(yōu)先斷開車輛高壓回路快斷器（MSD），保證車輛高壓回路處于斷開狀態(tài)；

（2）根據(jù)不同車型高壓回路布置，一般優(yōu)先對(duì)電池、電機(jī)控制器等高壓電器接插件進(jìn)行目測(cè)排查，檢查是否有明顯未插緊進(jìn)水或線束明顯磨損破皮等情況；若插件存在未插緊進(jìn)水或高壓線束破皮情況，則此處可能為絕緣故障點(diǎn)，如圖2所示：

圖2 高壓插件未插緊照片

圖3 測(cè)絕緣電阻

（3）若無(wú)明顯進(jìn)水點(diǎn)或破皮情況，則可斷開整車動(dòng)力電池高壓插件，分別測(cè)量電池端和線束端對(duì)地阻值，若電池端阻值小于標(biāo)準(zhǔn)值即為電池發(fā)生絕緣故障；若電池正常，線束端阻值異常，則再次分步斷開下一級(jí)高壓電器件，再次測(cè)量，直至測(cè)量到最小拆分件，則該件為絕緣故障件；

（4）絕緣測(cè)試只能在不通電的電路上進(jìn)行，按圖3所示設(shè)定絕緣電阻測(cè)量；

（5）若電池端阻值正常，線束端異常，則根據(jù)實(shí)際車型高壓回路走向，斷開下一高壓節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。直至明確故障點(diǎn)。

亦可從高壓回路中某處方便操作點(diǎn)斷開高壓回路，再分別測(cè)試斷開高壓回路兩端的阻值，對(duì)于低于標(biāo)準(zhǔn)阻值端繼續(xù)拆分測(cè)量。

備注：電機(jī)控制器（空壓機(jī)控制器、轉(zhuǎn)向控制器）等內(nèi)部存在電容模塊，需在電容完全放電后進(jìn)行絕緣測(cè)量，且因電容原因，實(shí)際測(cè)量阻值小于（用500V測(cè)試絕緣，阻值在MΩ級(jí)別以上，且在持續(xù)增加）絕緣檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，一般屬正常情況。

5 解決方案

由于絕緣類故障屬軟故障類，不易對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行快速準(zhǔn)確定位。一般絕緣故障處理方案如下：

（1）零部件進(jìn)水絕緣，直接更換零部件；

（2）線束破皮絕緣，直接更換故障線束；

（3）高壓連接器對(duì)插處進(jìn)水絕緣，對(duì)于輕度故障（一級(jí)或二級(jí)），可在確定故障原因?yàn)槲床寰o后，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)水漬擦拭（穿戴防護(hù)設(shè)備）或晾干后即可恢復(fù)；

（4）對(duì)于線束質(zhì)量問(wèn)題或線束端插接尾部進(jìn)水等情況，需更換線束。

通過(guò)擦拭水漬或風(fēng)機(jī)吹干等方式可對(duì)絕緣故障進(jìn)行臨時(shí)處理，最終需在查明故障原因后針對(duì)性進(jìn)行處理，不能通過(guò)臨時(shí)吹干或晾干等方式處理后直接交付客戶。

6 結(jié)論

根據(jù)不同車型，不同高壓拓?fù)浼霸碓O(shè)計(jì)，純電動(dòng)車絕緣類故障可能原因如下：

（1）選用高壓零部件防水等級(jí)較低，車輛淋雨或洗車后出現(xiàn)零部件進(jìn)水導(dǎo)致車輛絕緣故障；

（2）高壓線束磨損破皮，高壓線芯與車架/屏蔽層等搭鐵導(dǎo)通，導(dǎo)致車輛絕緣故障；

（3）高壓插件處未插緊，插件無(wú)密封及防水性，導(dǎo)致插件處進(jìn)水絕緣；

（4）高壓插件防水等級(jí)不足或線束廠家制作存在質(zhì)量問(wèn)題，淋水后導(dǎo)致插件進(jìn)水絕緣；

（5）高壓插件布置在濕區(qū)，長(zhǎng)時(shí)間淋水導(dǎo)致水漬滲入后絕緣；

（6）高壓零部件內(nèi)部易出現(xiàn)高低溫變化導(dǎo)致，環(huán)境溫差較大，若內(nèi)部空腔濕度較大，可能導(dǎo)致內(nèi)部空腔水蒸氣冷凝至高壓連接處，造成車輛絕緣故障；

（7）人為操作問(wèn)題，充電后未關(guān)閉充電插座蓋子等；

（8）車輛誤報(bào)絕緣故障。

根據(jù)上述可能產(chǎn)生絕緣故障原因，可通過(guò)前期設(shè)計(jì)、車輛生產(chǎn)、售后服務(wù)等多階段進(jìn)行預(yù)防及規(guī)避。對(duì)應(yīng)預(yù)防或處理方案如下：

（1）純電動(dòng)車整車由高壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在高壓零部件設(shè)計(jì)選型時(shí)，應(yīng)綜合考慮車輛運(yùn)行區(qū)域，運(yùn)行環(huán)境，零部件布置位置。對(duì)于濕區(qū)或外露零部件，一般高壓電器件防護(hù)選擇IP67以上，干區(qū)高壓零部件可適當(dāng)減低；

（2）電動(dòng)車高壓電纜一般采用單芯[4]或多芯[5]屏蔽電纜，需外加波紋管進(jìn)行防護(hù)，并綜合考慮線束走線應(yīng)不與其他零部件發(fā)生干涉或相對(duì)運(yùn)動(dòng)，高壓走線應(yīng)避開高低溫油管氣管等；

圖4 連接器插件到位示意圖

（3）純電動(dòng)車電纜連接為保證方便檢修及插拔，一般選用快插連接器，部分快插連接器有互鎖功能?？赏ㄟ^(guò)檢測(cè)互鎖狀態(tài)判斷插件插接是否到位，如圖4所示。車輛生產(chǎn)過(guò)程、售后過(guò)程中都可能出現(xiàn)因人工插接不到位等情況，導(dǎo)致插件處進(jìn)水絕緣插件未插接到位也可能導(dǎo)致連接處虛接，大電流通過(guò)后可能出現(xiàn)燒毀或起火等情況；

（4）電動(dòng)車高壓插件一般選擇防護(hù)等級(jí)不小于IP67；所有高壓連接器都有針對(duì)線束廠做線的工藝指導(dǎo)說(shuō)明書，要求線束廠家按做線工藝要求制作即可。且裝車后走線平順，插件尾部線束無(wú)較小折彎角；

（5）電動(dòng)車整車高壓線束走線應(yīng)考慮連接處避開濕區(qū)，避免連接器長(zhǎng)時(shí)間淋水導(dǎo)致絕緣故障；

（6）部分高壓設(shè)備（如電機(jī)、電機(jī)控制器等）內(nèi)部存在外漏高壓電纜等情況，若設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)高低溫變化，可能造成內(nèi)部水汽凝結(jié)導(dǎo)致絕緣，可通過(guò)前期對(duì)高壓設(shè)備運(yùn)輸、儲(chǔ)存時(shí)進(jìn)行防水保護(hù)，并在內(nèi)部增加導(dǎo)流等結(jié)構(gòu)避免有水汽或水汽冷凝導(dǎo)致絕緣情況；

（7）可在前期設(shè)計(jì)階段對(duì)充電插座處增加防護(hù)罩或防護(hù)殼，并引導(dǎo)客戶正確使用；

（8）純電動(dòng)車絕緣檢測(cè)一般由電池管理系統(tǒng)（BMS）進(jìn)行絕緣檢測(cè)，若電池管理系統(tǒng)（BMS）絕緣檢測(cè)模塊出現(xiàn)故障，可能導(dǎo)致車輛誤報(bào)絕緣故障。