純電動(dòng)汽車高壓不能上電故障診斷分析*

余紅燕 林元寧

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院）

相對于傳統(tǒng)汽車而言，純電動(dòng)汽車采用了大容量、高電壓的動(dòng)力電池及高壓電機(jī)和電驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，并采用了大量的高壓附件設(shè)備，如空調(diào)壓縮電動(dòng)機(jī)、PTC電加熱器及DC/DC轉(zhuǎn)換器等，由此而隱藏的高壓安全隱患問題和造成的高壓電傷害問題。

根據(jù)純電動(dòng)汽車的特殊結(jié)構(gòu)及電路的復(fù)雜性，并考慮純電動(dòng)汽車高壓電安全問題，必須對高壓電系統(tǒng)進(jìn)行安全、合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)和必要的監(jiān)控，是電動(dòng)汽車安全運(yùn)行的必要保證，因此在絕緣電阻、電壓、電流、高壓接觸器觸點(diǎn)、高壓互鎖回路、充電互鎖的檢測與故障處理方面尤其重要[1]。在高壓系統(tǒng)維修案例中，高壓不上電是純電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)維修過程中最常見且最易遇到的故障。

1 純電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)介紹

純電動(dòng)汽車都有一套高壓供電系統(tǒng)，把動(dòng)力電池組中的電能分配給空調(diào)壓縮機(jī)、PTC加熱器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等高壓部件，此外動(dòng)力電池組還有一套直流快充充電系統(tǒng)和一套利用車載充電機(jī)組成的交流慢充充電系統(tǒng)。這些高壓部件都通過分線盒總成、連接在一起進(jìn)行輸送電能。

純電動(dòng)汽車在高壓上電過程中所需要涉及多個(gè)高壓部件，每個(gè)高壓部件都有一個(gè)低壓管理模塊對它們進(jìn)行監(jiān)控與管理工作，每個(gè)低壓管理模塊把對應(yīng)管理的高壓部件信息通過動(dòng)力網(wǎng)CAN反饋給整車控制器(VCU)，利用高壓電來帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，同時(shí)每個(gè)高壓部件的低壓管理模塊在車輛上電后也肩負(fù)著安全保護(hù)措施功能。

2 高壓不能上電的故障類型

純電動(dòng)汽車?yán)酶邏弘妬韼?dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，涉及高壓電安全問題，故電動(dòng)汽車都分高壓電與低壓電2個(gè)供電的系統(tǒng)，高壓電是利用各個(gè)低壓管理系統(tǒng)、傳感器、繼電器等低壓零部件來實(shí)現(xiàn)對高壓電的控制，同時(shí)在上電流程中設(shè)計(jì)了多層保護(hù)措施，以保證車輛上電過程和行駛過程中的用電安全。在行車和使用的過程中，高壓不能正常上電，比較常見故障是高壓互鎖斷開、整車控制器故障、電池管理系統(tǒng)故障、電機(jī)控制器故障等方面[2]。

2.1 高壓互鎖斷開故障

從高壓系統(tǒng)性能安全的角度出發(fā)，車輛中每個(gè)部件都可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是高壓部件，都必須配置相應(yīng)的安全技術(shù)手段進(jìn)行監(jiān)測，以降低危險(xiǎn)發(fā)生的概率，因此高壓互鎖，在電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)安全以及在電路設(shè)計(jì)中以安全保護(hù)措施的地位存在[3]。

電動(dòng)汽車中存在一條高壓互鎖回路，如圖1所示。由多個(gè)低壓管理模塊和所管理控制的高壓部件的高壓插頭串聯(lián)在一起組成。在整車控制器插接器中有2個(gè)端子，一個(gè)端子負(fù)責(zé)發(fā)送高壓互鎖信號，另一個(gè)負(fù)責(zé)接收高壓互鎖信號，一旦高壓線束插接頭或低壓管理系統(tǒng)插接頭斷開或松脫，將會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的高壓互鎖回路斷開使得存在于高壓互鎖回路中的信號不完整，當(dāng)整車控制器檢測到高壓互鎖信號斷開后便會(huì)在車輛上電、充電等使用高壓電時(shí)阻止高壓電的供應(yīng)，最終導(dǎo)致無法上高壓故障的現(xiàn)象出現(xiàn)。

圖1 純電動(dòng)汽車高壓互鎖回路

2.2 整車控制器故障

整車控制器作為純電動(dòng)汽車的核心管理模塊之一，負(fù)責(zé)所有控制高壓模塊系統(tǒng)的管理工作，并與其他管理系統(tǒng)通訊，以獲知它們管理的高壓系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，并對高壓系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理，當(dāng)高壓系統(tǒng)異常時(shí)，整車控制器將根據(jù)嚴(yán)重情況決定所使用的措施，在遭遇嚴(yán)重故障時(shí)，整車控制器將會(huì)斷開或阻止高壓電的使用。

啟動(dòng)與充電等設(shè)備需要使用高壓電時(shí)，經(jīng)過整車控制器允許后方可使用高壓電，而當(dāng)整車控制器故障時(shí)，車輛失去控制高壓電的管理能力，導(dǎo)致涉及高壓電的部分無法使用，所以整車控制器故障也可能導(dǎo)致車輛無法正常上高壓電。

2.3 動(dòng)力電池管理系統(tǒng)故障

電池管理系統(tǒng)(BM系統(tǒng))可以對動(dòng)力電池組總電壓、總電流以及每個(gè)測點(diǎn)電池溫度和單體電池的電壓參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對動(dòng)力電池組進(jìn)行故障診斷、計(jì)算電池組剩余電量比(SOC)、充放電模式以及短路保護(hù)和漏電監(jiān)測等。

BMS系統(tǒng)是動(dòng)力電池與整車控制器通訊交流的橋梁，是動(dòng)力電池的核心大腦，BMS系統(tǒng)的好壞直接影響了動(dòng)力電池組的壽命及車輛的使用安全。BMS系統(tǒng)通過動(dòng)力電池上的信息采集部件獲取電池信息，并將該信息發(fā)給整車控制器。

當(dāng)BMS系統(tǒng)故障時(shí)，車輛將因?yàn)閯?dòng)力電池?zé)o法被控制，從而導(dǎo)致高壓電無法從動(dòng)力電池端輸出或高壓電輸入動(dòng)力電池中，所以BMS系統(tǒng)出現(xiàn)故障也可能導(dǎo)致車輛無法上高壓電。

2.4 電機(jī)控制器故障

電機(jī)控制器控制著動(dòng)力電池組到驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間電能傳輸，同時(shí)采集電機(jī)位置信號和檢測三相電流信號，有效地控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行[4]。既能將動(dòng)力電池組中的高壓直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電輸送給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，又具備將驅(qū)動(dòng)電機(jī)制動(dòng)和下坡時(shí)產(chǎn)生的三相交流電轉(zhuǎn)換為高壓直流電給動(dòng)力電池組充電的設(shè)備。高壓直流電轉(zhuǎn)低壓直流電(DC/DC)集成在電機(jī)控制器里面，相當(dāng)于燃油汽車上的發(fā)電機(jī)，其功用是當(dāng)?shù)蛪盒铍姵靥濍姇r(shí)，將動(dòng)力電池組的高壓直流電轉(zhuǎn)換成低壓直流電，給低壓蓄電池充電。

當(dāng)電機(jī)控制器故障時(shí)，車輛將無法正常的將高壓電轉(zhuǎn)換成交流電輸送給電機(jī)，電機(jī)也無法將制動(dòng)或下坡產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成直流電輸送給電池，可能無法給低壓蓄電池充電，導(dǎo)致低壓蓄電池虧電，所以電機(jī)控制器出現(xiàn)故障也可能導(dǎo)致車輛無法上高壓電。

3 故障診斷分析

3.1 高壓不上電故障現(xiàn)象

某日車主出門辦事將停在停車場，當(dāng)車主辦完事情再次回到車上時(shí)，車主按往常一樣起動(dòng)汽車，發(fā)現(xiàn)車輛無法行駛，儀表盤上故障燈點(diǎn)亮，后聯(lián)系4S店拖車，稱其遇到啟動(dòng)方面故障，車輛無法行駛，特拖至本店維修。

當(dāng)維修人員對汽車進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)：車輛啟動(dòng)后，車輛故障指示燈點(diǎn)亮，ready燈未顯示亮的狀態(tài)，車輛無法正常上電，初步判定高壓系統(tǒng)存在故障。

3.2 故障排查所需工具

1）絕緣鞋、防護(hù)眼鏡：避免操作時(shí)被高壓電或車輛使用的化學(xué)液體所傷；

2）絕緣手套(選擇絕緣區(qū)間：500～1 000 V)：由于維修車輛為2017款純電動(dòng)汽車，該款車型動(dòng)力電池為水冷散熱方式，所以動(dòng)力電池電壓為346 V、額定功率50 kW，從操作方便性、靈活性以及保障安全的3個(gè)前提下，絕緣手套選擇絕緣電壓500～1 000 V最佳；

3）萬用表：用于測量各個(gè)部件電壓、電流、電阻、導(dǎo)通以判定車輛故障；

4）故障診斷儀：用于分析與確定故障點(diǎn)；

5）絕緣工具：以防拆裝過程中拆裝工具造成短接導(dǎo)致車內(nèi)設(shè)備故障；

6）絕緣墊：鋪設(shè)于工位地面上，以確保維修時(shí)地面的絕緣效果。

3.3 診斷前準(zhǔn)備工作

1）檢查絕緣鞋是否斷裂、防護(hù)眼鏡是否破裂、絕緣手套是否破損；

2）使用絕緣測試儀檢測絕緣墊絕緣值是否正常；

3）檢查萬用表量程是否正常；

4）車輛鋪設(shè)車外3件套、車內(nèi)4件套；

5）檢查引擎艙高壓線束連接是否正常；

6）檢查車輛蓄電池電壓值；

7）連接故障診斷儀并通過故障診斷儀查看全車故障碼與車輛數(shù)據(jù)流；

8）根據(jù)診斷情況查閱電路圖，判斷故障位置；

9）使用萬用表檢查可能得故障位置。

3.4 診斷與排除

由于先前初步故障診斷中，現(xiàn)象為：車輛可以啟動(dòng)，啟動(dòng)后系統(tǒng)故障指示燈點(diǎn)亮，ready燈未顯示亮的狀態(tài)。初步判斷高壓系統(tǒng)存在故障。下面維修人員利用檢測儀器對車輛進(jìn)行檢測。

3.4.1 高壓互鎖故障診斷分析

根據(jù)初步判斷連接故障診斷儀，檢測車輛高壓系統(tǒng)運(yùn)行情況，讀取整車控制器(VCU)的故障碼，其中有一條故障碼P0A0A11(VCU高壓互鎖斷開)引起了維修人員的注意，繼續(xù)讀取其他模塊未發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，根據(jù)故障現(xiàn)象判定問題可能出現(xiàn)在高壓互鎖回路。

互鎖是從整車控制器出發(fā)串聯(lián)在各高壓部件之間最終回到整車控制器，維修人員從高壓互鎖回路的起點(diǎn)和終點(diǎn)出發(fā)本著分段檢測的思路。斷開蓄電池負(fù)極，拔下整車控制器CA55插頭測量73號針腳和51號針腳之間的電阻為無窮大(正常0.1～0.5Ω之間)，判定高壓互鎖回路異常，再回到整車控制器繼續(xù)尋找故障點(diǎn)背插PTC控制器CA48插頭5號針腳測量它與CA55插頭51號針腳之間電阻為無窮大(正常0.1～0.5Ω之間)，判定故障可能出現(xiàn)在整車控制器和PTC控制器之間的高壓互鎖線路或PTC控制器內(nèi)部互鎖線路，背插PTC控制器CA48插頭5號針腳和7號針腳之間電阻為無窮大(正常0.1～0.5Ω之間)。判定PTC控制器內(nèi)部互鎖線路故障，PTC互鎖線路是用來檢測PTC高壓插頭的連接情況，確保高壓線路完整性，故判定可能因?yàn)镻TC控制器高壓插頭松動(dòng)造成高壓互鎖信號中斷，遵循高壓斷電操作后，檢查發(fā)現(xiàn)PTC控制器高壓插頭松動(dòng)，將其恢復(fù)。重新背插測量背插PTC控制器CA48插頭5號針腳和7號針腳之間電阻為0.1Ω，重新啟動(dòng)車輛，車輛正常上電，排除故障。圖2示出高壓互鎖故障點(diǎn)示意圖。

圖2 高壓互鎖故障點(diǎn)示意圖

3.4.2 電機(jī)控制器故障診斷分析

根據(jù)初步判斷連接故障診斷儀，檢測車輛高壓系統(tǒng)運(yùn)行情況，首先讀取整車控制器(VCU)的故障碼，故障診斷儀顯示U34A882(電機(jī)控制器報(bào)文循環(huán)技術(shù)錯(cuò)誤)、U34AB82(DC/DC報(bào)文循環(huán)技術(shù)錯(cuò)誤)、P102E02(電機(jī)轉(zhuǎn)速信號錯(cuò)誤)；判定電機(jī)控制器模塊存在故障，繼續(xù)讀取電機(jī)控制器(PEU)的故障碼，故障診斷儀顯示連接電腦失敗。進(jìn)而判定故障可能發(fā)生在電機(jī)控制器低壓管理模塊，故障可能為電機(jī)控制器低壓管理模塊；1）供電故障；2）搭鐵不良；3）動(dòng)力網(wǎng)(P-CAN)通訊故障；4）電機(jī)控制器低壓管理模塊本身故障。

根據(jù)以上推斷的故障原因這些思路出發(fā)，本著先易后難的原則，確定排故路線從最簡單的供電保險(xiǎn)絲出發(fā)，查閱電路圖發(fā)現(xiàn)電機(jī)控制器的供電保險(xiǎn)絲為EF31保險(xiǎn)絲位于車輛前艙保險(xiǎn)絲盒中，測量EF31保險(xiǎn)絲上端對地電壓為12.9 V,測量EF31保險(xiǎn)絲下端對地電壓為0。斷開蓄電池負(fù)極，拔下EF31保險(xiǎn)絲，觀察保險(xiǎn)絲熔斷情況，發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)絲熔斷，判定故障原因是供電保險(xiǎn)熔斷。保險(xiǎn)絲熔斷的原因可能是供電電流瞬間過大或者線路對地短接，進(jìn)而測量保險(xiǎn)絲盒中EF31保險(xiǎn)絲下端插座對地電阻來判定線路是否短接電阻為無窮大說明線路對地?zé)o短接，更換保險(xiǎn)絲后，重新啟動(dòng)車輛，車輛正常上電，故障排除。

3.5 結(jié)果分析

高壓互鎖故障診斷過程中，由于整車上的PTC控制器高壓插頭松動(dòng)，導(dǎo)致從整車控制器發(fā)出的高壓互鎖信號無法正常通過高壓互鎖回路回到整車控制器，所以整車控制器判斷車輛的高壓線路不完整，存在安全隱患，不允許車輛正常上電。

電機(jī)控制器故障診斷過程中，由于車上的電機(jī)控制器供電熔斷器故障，車輛啟動(dòng)后，電機(jī)控制器無法正常工作，整車控制器無法接收到電機(jī)控制器自檢后反饋回來的數(shù)據(jù)，所以判定電機(jī)控制器可能存在故障，如果強(qiáng)制上高壓電可能會(huì)損壞車輛同時(shí)給駕駛員帶來危險(xiǎn)。

4 結(jié)論

綜上所述，由于純電動(dòng)汽車控制機(jī)構(gòu)不同于傳統(tǒng)汽油汽車控制機(jī)理，純電動(dòng)車控制以全電控為主，電控分為高壓電控和低壓電控，在診斷維修時(shí)需要對所有電控系統(tǒng)有非常清晰的了解和認(rèn)知，尤其是各個(gè)控制系統(tǒng)間的控制邏輯與關(guān)系，在排故的過程中應(yīng)該將故障現(xiàn)象與故障診斷儀顯示的信息相結(jié)合判斷可能得故障范圍，并按照簡單到復(fù)雜的流程進(jìn)行檢查，并最終排除故障。同時(shí)在純電動(dòng)汽車維修中，尤其需要注意高壓電部分維修時(shí)的規(guī)范與安全，確保在診斷過程中能夠保證自身的生命安全。純電動(dòng)汽車維修其關(guān)鍵要點(diǎn)還是對于車內(nèi)電控系統(tǒng)的熟練掌握程度以及安全、規(guī)范操作。