純電動汽車故障診斷方法探究

彭德豹

摘 要：純電動汽車的故障主要有驅(qū)動系統(tǒng)故障、電池管理系統(tǒng)故障和充電系統(tǒng)故障等，文章針對幾類常見故障的機理進行分析，總結(jié)歸納故障診斷的思路，并以故障案例來介紹純電動汽車故障診斷方法。

關(guān)鍵詞：純電動汽車;故障診斷;方法探究

電動汽車是指以動力電池為動力，用電機產(chǎn)生驅(qū)動力的車輛，并且要求各項指標(biāo)符合道路交通和安全法規(guī)。與傳統(tǒng)汽車相比，電動汽車對環(huán)境影響較小，世界各國都在強力推廣。

1 純電動汽車的主要結(jié)構(gòu)分析

與傳統(tǒng)汽車相比，純電動汽車用驅(qū)動電機替代了發(fā)動機;傳動機構(gòu)進行了較大簡化;增加了電源系統(tǒng)和電力控制系統(tǒng)等新機構(gòu)。純電動汽車主要包括電力驅(qū)動控制系統(tǒng)、車身、底盤、輔助系統(tǒng)等四部分。電力驅(qū)動控制系統(tǒng)包含電源系統(tǒng)、驅(qū)動電機系統(tǒng)等。

電源系統(tǒng)主要包括動力電池、電池管理系統(tǒng)和車載充電機等。動力電池是能量的存儲裝置。目前的純電動汽車以鋰離子蓄電池為主，應(yīng)用最為廣泛的是磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。電池管理系統(tǒng)實時監(jiān)控動力電池的使用情況，對動力電池的端電壓、電池剩余電量、放電時間、放電深度等狀態(tài)參數(shù)進行檢測。還對單個電池內(nèi)阻、溫度、電壓等信號進行采集。車載充電機是把交流電轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電壓的直流電，并按要求控制其充電電流。

驅(qū)動電機系統(tǒng)的功用是將動力電池中的電能，通過驅(qū)動電機產(chǎn)生機械能，減速增扭后，驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)，保證汽車行駛;在汽車減速制動或者下坡時，運用再生制動技術(shù)，實現(xiàn)部分能量回收。驅(qū)動電機系統(tǒng)包含驅(qū)動電機、控制器、功率變換器等，是純電動汽車的“心臟”。

2 故障診斷機理分析

隨著純電動汽車的廣泛應(yīng)用，電動汽車的故障也越來也多的被人們發(fā)現(xiàn)。由于電動汽車工作機理與傳統(tǒng)汽車差別較大，其故障產(chǎn)生原因和維修方法與傳統(tǒng)汽車相比也有很大不同。純電動汽車常見的故障有車輛無法行駛、無法提速、無法充電等。這些故障可歸納為充電系統(tǒng)故障、電池管理系統(tǒng)故障和驅(qū)動系統(tǒng)故障等。這類故障的產(chǎn)生機理與診斷方法完全不同于傳統(tǒng)汽車的維修。

（1）充電系統(tǒng)故障機理分析。純電動汽車當(dāng)車載電池能量不足時，需要用充電設(shè)備進行充電。充電系統(tǒng)分為常規(guī)充電（慢充）和快速充電兩種。常見的充電系統(tǒng)故障有充電口指示燈不亮、儀表盤充電指示燈不顯示、繼電器不吸合等故障。

車輛的慢速充電工作邏輯是VCU（整車控制器）首先檢測慢充口的CC線是否接通，從而確定慢充槍是否連接，如果連接異常，則不啟動OBC（車載充電系統(tǒng)）;連接正常，則進一步檢測CP與PE（接地線）之間的電壓，如果電壓不處于9-12V （標(biāo)準(zhǔn)為12V）之間，將不啟動OBC;電壓正常， VCU將進一步確定遠(yuǎn)程控制開關(guān)開啟狀態(tài)。如果開關(guān)開啟，將不啟動OBC;開關(guān)關(guān)閉，VCU則喚醒BMS（電池管理系統(tǒng)）。BMS上報電池內(nèi)部信息，如果達到充電條件，VCU將閉合電池總負(fù)繼電器，CMU（慢充管理模塊）將啟動電子鎖，同時OBC開始起動，進行正常充電。

車輛的快速充電工作邏輯是VCU首先檢測快充口的CC2線（充電控制確認(rèn)線2）是否接通，從而確定快充槍是否連接，如果連接異常，則不啟動快充繼電器;連接正常，則進一步檢測A+（快充喚醒線）與A-（搭鐵線）之間的電壓，如果電壓不處于9-12V （標(biāo)準(zhǔn)為12V）之間，將不啟動快充繼電器;電壓正常， VCU喚醒快速充電模式，使BMS與快充樁進行通訊;如果通訊異常，仍然不啟動快充繼電器，通訊正常，VCU將使快充繼電器工作，車輛進入快速充電狀態(tài)。

根據(jù)以上充電系統(tǒng)工作機理分析，充電系統(tǒng)故障診斷的一般思路為先讀取相關(guān)故障碼或數(shù)據(jù)流，然后再確認(rèn)充電連接線和充電控制確認(rèn)線狀態(tài)，接下來檢測相關(guān)通訊線路狀態(tài)，最后進行相關(guān)控制模塊的檢測。例如一輛北汽EX360車輛無法充電，該車已行駛里程約3000km。在一次正常行駛歸來后，發(fā)現(xiàn)車輛無法進行慢充充電。據(jù)駕駛員反映，打開點火開關(guān)車輛可以正常上電;關(guān)閉點火開關(guān)，插入充電槍時，充電口處充電指示燈不亮，儀表盤上也無充電指示，車輛無法慢充。在進行快速充電時，充電正常。維修人員首先用專用診斷儀讀取故障碼，無故障碼存在。然后使用萬用表檢測慢充槍CC與PE之間的電阻，電阻值為1.5KΩ，正常。接下來維修人員檢測CP與PE之間的電壓，電壓值為12V，正常。維修作業(yè)進行到此處，基本確定故障原因應(yīng)為各電控模塊故障或相關(guān)線路通訊故障。接下來維修人員使用背插法逐一測量慢充充電喚醒線路，發(fā)現(xiàn)CMU的慢充喚醒線，CMU端電壓為12V正常，而慢充喚醒線VCU端的電壓僅為8V，電壓明顯過低，于是對電路電阻進行測量，電阻值為350Ω，大大高于正常值2Ω。顯然為線路接觸不良。于是維修人員查找線路的中間插接器，進行逐段測量。通過對維修手冊查詢，發(fā)現(xiàn)該線路僅有一個中間插接器位于右側(cè)儀表板下的地板處。維修人員一邊晃動插接器一邊測量線路電阻，發(fā)現(xiàn)線路的電阻值一直跳動變化。于是維修人員確定此處插接器接觸不良，對插接器的相關(guān)線路進行跨接處理。再次進行慢充充電，充電正常，故障排除。對故障產(chǎn)生機理分析不難看出，該故障產(chǎn)生的原因是由于CMU喚醒線接觸不良，致使VCU未能接到相關(guān)慢充喚醒信號，進而使整個充電系統(tǒng)無法運行。

（2）動力電池系統(tǒng)故障機理分析。動力電池系統(tǒng)是純電動汽車的技術(shù)核心，它的好壞既影響車輛運行的可靠性，又影響整車的安全性。動力電池系統(tǒng)常見故障有電池管理系統(tǒng)故障、單體電池故障和線路故障等。

單體電池故障在車輛維修中，很少涉及。電池管理系統(tǒng)故障對于保障電池組的安全及使用壽命具有重要作用。電池管理系統(tǒng)故障包括CAN通信故障、單體電壓和溫度測量故障、繼電器故障和加熱器故障等。線路故障在純電動汽車故障中尤為常見，故障一般有接觸不良、線路短路與斷路等。這類故障對行車安全有著極大影響，因為線路的故障，在極端情況下還能引起高溫，產(chǎn)生電弧，甚至造成安全事故。

電池管理系統(tǒng)故障診斷思路一般為先讀取故障碼和相關(guān)數(shù)據(jù)流，分析動力電池總電壓、單體電池電壓、電池溫度等相關(guān)信息，從中尋找故障部位，最后對相關(guān)線路進行檢測。

（3）驅(qū)動電機系統(tǒng)故障機理分析。驅(qū)動電機系統(tǒng)的故障主要分為調(diào)速控制裝置故障與驅(qū)動電動機故障。在驅(qū)動電機系統(tǒng)中，調(diào)速控制器的功能是將輸入的直流電逆變成三相交流電，并對電壓、頻率進行調(diào)整，按控制單元的要求供給驅(qū)動電機。不同工況下，驅(qū)動電動機產(chǎn)生不同的機械能。

電動機的故障一般可分為電氣故障與機械故障。機械方面的主要故障有定子損壞、轉(zhuǎn)子損壞、轉(zhuǎn)軸損壞和軸承損壞等;電氣方面的故障主要是定子繞組故障與轉(zhuǎn)子繞組故障。現(xiàn)在電動機的技術(shù)較為成熟，故障率較低。因此調(diào)速控制裝置故障也成為驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因。調(diào)速控制裝置的故障主要包括以下幾類：IGBT故障、斷路類故障、短路類故障、絕緣類故障、溫度過高報警、相電流過大、欠電壓等高壓電氣系統(tǒng)故障。

驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷的一般思路為用診斷儀檢測故障碼和數(shù)據(jù)流，并進行分析高壓電壓、低壓蓄電池電壓和DC-DC轉(zhuǎn)換器是否正常，然后測量低壓蓄電池靜態(tài)和起動電壓，再檢查控制器的各插接器（低壓和高壓線束），最后檢測控制器和驅(qū)動電動機。例如一輛北汽EV160 純電動汽車，車輛無法起動，同時組合儀表的蓄電池報警燈點亮，該車已行駛近20000km。接車后發(fā)現(xiàn)正如駕駛員所述，車輛無法正常上電，蓄電池報警燈點亮。維修人員使用診斷儀讀取故障碼和數(shù)據(jù)流，并分析整車控制器和BMS（電池管理系統(tǒng)）數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)正常。接下來使用萬用表測量低壓蓄電池靜態(tài)電壓，電壓為12.3V，正常。進一步檢查低壓蓄電池起動電壓，將電源開關(guān)旋轉(zhuǎn)至起動擋，測量低壓蓄電池電壓，發(fā)現(xiàn)電壓認(rèn)為12.3V，電壓異常（標(biāo)準(zhǔn)13.8-14V）。斷開 DC-DC 變換器高壓輸入端、低壓控制端接插件并檢查;檢查各端子是否退針、松動，端子正常;檢查輸入端子各電壓，正常;在檢查低壓控制端接插件A腳時，發(fā)現(xiàn)電壓為0.5V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于12V標(biāo)準(zhǔn)電壓。于是判斷DC-DC損壞，更換DC-DC后，再次試車，上電正常，故障排除。

3 結(jié)束語

電子信息技術(shù)在電動汽車上的廣泛應(yīng)用，使車輛故障測試和診斷更加復(fù)雜，以往的經(jīng)典維修方法和手段已經(jīng)無法滿足實際生產(chǎn)需求。電動汽車的故障診斷正向自動化、專業(yè)化方向發(fā)展。這就要求電動汽車維修從業(yè)人員不僅要就有更加專業(yè)的理論知識，還要借助更加專業(yè)的診斷設(shè)備。隨著相關(guān)的故障診斷設(shè)備的不斷完善，維修人員的知識不斷豐富，電動汽車的故障診斷方法和手段將會更加豐富多彩。

參考文獻：

[1]房亮，李晶華.純電動汽車高壓斷電故障診斷[J].天津職業(yè)大學(xué)學(xué)報，2018，27（1）.

[2]宋炳雨，高松，郎華，王鑫.純電動汽車高壓電故障診斷與安全管理策略研究[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，29（5）.