電動汽車高壓系統(tǒng)故障診斷策略分析

王仁群 單耀輝 鐵浩源

摘要： 本文介紹了電動汽車高壓系統(tǒng)組成及高壓上電控制策略，以帝豪EV450高壓系統(tǒng)作為研究對象，分析電動汽車高壓無法上電常見故障原因。以流程圖形式解析低壓無法上電、高壓互鎖及高壓附件等故障，并通過案例展示了電動汽車高壓系統(tǒng)故障診斷策略。

Abstract： This article introduces the composition of the electric vehicle high-voltage system and the high-voltage power-on control strategy. Taking the EV450 high-voltage system as the research object， it analyzes the common fault causes of the electric vehicle high-voltage failure to power on. It analyzes the failures of low-voltage failure to power on， high-voltage interlocks， and high-voltage accessories in the form of a flowchart， and demonstrates the fault diagnosis strategy of the high-voltage system of electric vehicles through cases.

關鍵詞： 電動汽車;高壓上電;帝豪EV450;故障診斷

Key words： electric vehicle;high voltage system;EV450;fault diagnosis

中圖分類號：U472.43 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）03-0094-03

0 ?引言

新能源電動汽車高壓系統(tǒng)主要由電驅動系統(tǒng)和高壓附件組成，電驅動系統(tǒng)主要包括電池、電機和電機控制器，高壓附件主要包括PTC、車載充電機、DC/DC、空調壓縮機、充電口以及高壓分配盒。不同車型高壓部件在車上布置形式不一致，有些車輛會將某些部件進行集成，以圖1帝豪EV450高壓系統(tǒng)為例，車載充電機和高壓分配盒集成在一起，電機控制器和DC/DC集成在一起。當高壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障會影響車輛行駛，嚴重時會影響整車高壓上電。當高壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，首先需要了解高壓系統(tǒng)結構組成、布局、工作原理及安全防護，才能對故障進行診斷維修。

1 ?整車高壓上電原理分析

電動汽車高壓上電基本邏輯是車身防盜認證通過，低壓上電完成，即ON檔電上電完成后，喚醒各控制單元，相關控制單元進行動力防盜驗證及自檢。動力防盜認證通過及自檢無（嚴重）故障，BMS控制主負、預充接觸器閉合進行預充，預充完成后控制主正接觸器閉合，完成高壓上電，同時儀表顯示“OK”或者“READY”，即動力上電完成。從系統(tǒng)控制邏輯分析，高壓上電過程分為兩部分：分別為低壓上電和高壓上電。

1.1 低壓上電原理分析

汽車正常運行都是在低壓上電成功后，喚醒各控制單元，由控制單元根據(jù)輸入信號，經(jīng)過計算控制相應的執(zhí)行器動作來控制車輛運行，所以整車正常工作的前提是要保證低壓上電成功。為了保證車輛安全，現(xiàn)代車輛都設計有防盜系統(tǒng)，包括車身防盜及動力防盜，一般車身防盜影響低壓上電。低壓上電基本邏輯是控制單元（一般為BCM，有些為無鑰匙控制單元）接收到駕駛員上ON檔電信號（即鑰匙擰到ON檔，或按下一鍵起動車輛的點火開關），首先進行車身防盜認證，控制單元激活低頻天線搜索鑰匙，鑰匙被激活后，將自身ID等信息以高頻信號發(fā)送給高頻天線（高頻天線有獨立的，也有集成的，目前以集成的居多），并傳輸給模塊進行防盜驗證。以帝豪EV450為例，如圖2低壓系統(tǒng)上電原理所示，防盜驗證通過后BCM控制IG（即ON檔）繼電器動作，給整車提供IG電，儀表點亮，各控制單元被喚醒激活進入工作狀態(tài)，低壓上電完成。

1.2 高壓上電原理分析

目前汽車都設有動力防盜，即低壓上電完成以后系統(tǒng)進行動力防盜驗證，同時系統(tǒng)進行自檢，自檢完成后BMS控制主負接觸器和預充接觸器閉合，控制單元檢測到預充完成后控制主正接觸器閉合，高壓上電完成。以帝豪EV450為例分析，如圖3所示，低壓上電完成后，VCU與BCM通過CAN總線交換信息完成動力防盜驗證。同時VCU確認是否接受到制動開關信號，檢測高壓互鎖是否正常，BMS檢測動力電池，PEU自檢等，所有檢測通過后，BMS控制接觸器先后閉合，完成高壓上電。

2 ?低壓無法上電

根據(jù)圖1低壓上電系統(tǒng)原理圖所示，低壓無法上電故障可能原因有鑰匙故障、點火開關本體及線路故障、BCM本體及供電故障、IG繼電器本體及線路故障。在檢查上電故障前，先檢查遙控功能及無鑰匙進入功能，當遙控及無鑰匙功能都正常，根據(jù)上電控制邏輯及故障現(xiàn)象可初步判斷故障可能產(chǎn)生部位，通過測量確認故障點，診斷流程見圖4所示。

3 ?高壓無法上電

低壓上電完成，動力防盜解除后，涉及到高壓無法上電故障，主要為電驅動系統(tǒng)、高壓部件故障及其控制單元，包括VCU、BMS、PEU、OBC、PTC、空調壓縮機等。具體流程見圖5高壓上電故障排除流程。

3.1 高壓互鎖故障

高壓互鎖是指通過低壓信號來檢查電動汽車上所有與高壓母線相連的各分路，包括整個電池系統(tǒng)、導線、連接器、DCDC、電機控制器、高壓盒及保護蓋等系統(tǒng)回路的電氣連接完整性。當系統(tǒng)檢測到高壓互鎖系統(tǒng)出現(xiàn)故障，為了保證安全，會禁止上高壓電[1]。以圖6帝豪EV450高壓互鎖系統(tǒng)為例進行分析，VCU的HVIL OUT即CA67/76輸出一個0-3.3V的占空比信號，HVIL IN即CA66/58提供一個12V的參考電壓，當線路連接完整時，整個線路上的波形為0-12V的占空比信號。當相關的高壓部件蓋子處于打開狀態(tài)，或者互鎖檢測線路出現(xiàn)故障，整條線上電壓值會出現(xiàn)變化，在檢測的過程中應該采用二分法，將整個需要檢測的部分從中間一分為二，通過次方法可以合理縮短測量步驟。當測量點的電壓值為12V，說明測量點至VCU的CA67/76之間有斷路，接下來就可以通過測量電阻依次排查。當測量點測量值為0-3.3V的占空比信號，說明測量點至VCU的CA66/58之間有斷路存在，通過測量電阻可以將排查出故障點。

以線路斷路為例，分析故障檢測與診斷思路。踩下制動踏板，按下點火開關，高壓上電完成“ready”燈無法正常點亮，蓄電池指示燈、整車系統(tǒng)故障指示燈點亮[2]，儀表右側駐車燈正常點亮，車輛驅動模式指示燈ECO正常點亮，同時動力電池主正、主負繼電器不動作，高壓不上電，制動踏板高度反應正常，檔位無法切換至D或R。將點火開關置于ON位置，讀取并清除DTC。讀取整車故障碼，可讀到以下故障碼：P1C4096，高壓互鎖故障;P1C8E04，高壓互鎖輸出信號斷路。

可能原因為：整車控制VCU至電機控制器、車載充電機、空調壓縮機、PTC加熱器之間高壓互鎖連接線路斷路、虛接、短路故障。測量VCU的高壓互鎖CA67/76的波形。（圖7、圖8）

所以此時互鎖線路中可能存在斷路的情況，或者VCU內部故障。因此可能原因為：高壓互鎖線路斷路;或者VCU自身硬件故障或者軟件故障。分別測試入測試高壓互鎖線路中各模塊兩端端子的波形，結果測試BV10/26端的波形顯示為幅值接近+B的一條直線，BV11/4的波形為幅值為3.3V的一條方波說明車載充電機BV10/26至電機控制器BV11/4線路斷路。最后通過電阻測量確認故障點。（圖9、圖10）

3.2 高壓部件故障

高壓部件主要包括電驅動系統(tǒng)故障和高壓附件故障，以電驅動系統(tǒng)故障為例進行分析。（圖11）

故障現(xiàn)象：踩制動踏板數(shù)次后并保持，打開點火開關后，儀表點亮正常，可運行指示ready燈無法正常點亮，蓄電池指示燈、整車系統(tǒng)故障指示燈點亮，此時右側故障提醒警告燈、EPB故障警告燈、ESC故障警告燈也點亮。同時動力電池主正、主負繼電器不動作，制動踏板高度沒有降低，高壓不上電。此時檔位只能從P切換至N，或是從N切換至P，而驅動檔D檔和R檔無法切換。

可能原因：驅動系統(tǒng)包含驅動電機及控制器MCU、減速器控制系統(tǒng)、ABS、ESC、EPB、電子換擋器。如果減速器控制系統(tǒng)、ABS、ESC、EPB、電子換擋器出現(xiàn)故障，將嚴重影響行車安全，結合車輛控制邏輯，車輛將禁止切換任何檔位，同時保持檔，EPB電子手剎不會解鎖。而此時檔位可以切換至N或P檔，只是無法切換至驅動檔D或R檔，說明減速器控制系統(tǒng)、ABS、ESC、EPB、電子換擋器正常，故障應該為驅動電機控制器MCU故障造成儀表上代表驅動系統(tǒng)的故障提醒警告燈、EPB故障警告燈、ESC故障指示燈也點亮，同時導致VCU、BMS禁止上高壓，DC-DC禁止啟動，同時儀表上蓄電池指示點亮，制動真空泵沒有啟動工作因此，導致這一現(xiàn)象的則可能由于以下一項或多項造成：①電機控制器電源線路故障;②電機控制器P-CAN的故障;③電機控制器的自身硬件或軟件故障[3]。

讀取故障碼：VCU讀到電機控制器無法通訊的故障碼，且無法進入電機控制器。

測量MCU的+B的供電電壓，測試條件：打開點火開關，用萬用表測MCU的BV11/26端子對地電壓，標準為+B，檢測結果為0V，說明上游電路存在斷路或對地斷路可能原因為：①EF32損壞;②EF32至MCU的BV11/26端子線路斷路;③EF32上游供電線路斷路。

測量EF32的輸出端電壓，測試條件：打開點火開關，用萬用表測EF32的輸出端電壓，標準為+B，異常，同一段線兩端電壓相差為+B，說明EF32至MCU的BV11/26端子線路斷路。

4 ?結語

各車系電動汽車高壓部件系統(tǒng)的組成及控制策略總體來說基本類似，且高壓上電需要有嚴格的安全檢測保證，高壓系統(tǒng)部件及線路完整性即高壓互鎖無故障。當出現(xiàn)高壓上電故障，首先要檢測是低壓系統(tǒng)故障導致高壓無法上電，還是高壓系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障，當對高壓系統(tǒng)進行檢測時需要做好個人防護。

參考文獻：

[1]景志敏.高壓互鎖故障導致純電動汽車不能上高壓診斷分析[J].汽車實用技術，2020（04）：210-211.

[2]何壽柏.故障指示燈在新能源汽車動力電池系統(tǒng)的應用[J].汽車實用技術期刊，2020，45（18）：177-179.

[3]田鑫.基于HIL的車用電機控制器故障保護策略測試[J].電機與控制應用期刊，2019，46（11）：82-87.