純電動汽車的故障診斷方法研究

邱晨曦

純電動汽車的故障診斷方法研究

邱晨曦

（福州職業技術學院，福建 福州 350108）

純電動汽車作為新能源汽車的主力軍，在汽車市場中占據十分重要的地位。相較于傳統燃油車，純電動車的故障不涉及發動機故障，主要涉及汽車無法正常上電和無法正常充電這兩種故障現象。文章通過對純電動汽車充放電的機理進行分析，歸納出常見的故障并整理出思路，對純電動汽車的故障診斷方法進行了研究。

純電動汽車；故障診斷；診斷方法

前沿

純電動汽車是指動力源來自于動力電池而非傳統汽車上的發動機，主要以電力驅動電機，進而將產生的動力傳遞到車輪，驅動汽車行駛的車輛。由于純電動汽車在環保方面的優異表現，世界各國都在強力推廣。相較于傳統汽車來說，純電動汽車的故障原因比較復雜，各種可能出現的情況都會對純電動汽車造成影響，排除故障較為困難。

1 純電動汽車的主要結構

發動機作為傳統燃油車的“心臟”，在純電動車上則變成了動力電池；變速器作為傳統燃油車的“雙腿”，在純電動車上用減速器總成而取代?？梢灾?，純電動汽車的總體結構相較于傳統燃油車更簡單。純電動汽車的主要結構包括：動力電池系統，驅動電機系統，高壓配電系統，車身、底盤控制系統等。

動力電池系統主要包括動力電池組，電池管理系統（BMS）、高低壓線束和熱管理組件。目前市面上的純電動起車的動力電池電壓普遍在300-600V左右，應用最為廣泛的是三元鋰離子電池和磷酸鐵鋁電池。電池管理系統（BMS）作為整車充放電的核心部件，實時監控動力電池組內部的單體電池的溫度、電壓和內阻等參數進行實時監控，同時對純電動汽車上常見的4種接觸器（主正接觸器、主負接觸器、預充接觸器、充電接觸器）進行控制，保證純電動汽車能夠正常上電和充電。當純電動汽車整車出現異常時，能夠以毫秒級時間內對整車動力系統回路進行斷路保護，防止高電壓的釋放。高低壓線束能夠保證高電壓在安全的環境下平穩的傳輸高電壓。熱管理組件主要包含液冷循環系統和熱管理系統，防止動力電池因溫度過高而發生危險。

純電動汽車的驅動電機系統主要采用的是三相交流異步電機，主要將三相交流電輸入到電機，在電機定子中產生旋轉磁場，轉子中的電樞繞組切割磁感線并產生電磁力矩，驅動車輪旋轉并進行行駛。在汽車制動的時候，交流電動機又可作為發電機進行再生制動以及能量回收。傳統燃油車中變速器的倒擋主要是滿足汽車倒駛的功能，而在純電動汽車上，汽車倒駛只需改變三相交流電的通電順序即可滿足汽車倒駛，這也在一定程度上簡化了純電動汽車上的變速結構裝置。

高壓配電系統主要包括DC-DC裝置，變頻器，車載充電機等組件。DC-DC裝置主要的功能是將動力電池傳輸的高電壓轉變成低壓，以供蓄電池及其他用電設備使用。變頻器的作用是實現交直流（AC-DC、DC-AC）轉換的裝置。動力電池包輸出的直流高壓電需要進過高壓配電系統中的變頻器而轉變為三相交流電以驅動電機旋轉，同樣的，當驅動電機作為發電機使用時，需要將三相交流電轉變為直流電對動力電池包進行充電。車載充電機是把交流電轉換為直流電，并按系統要求對動力電池包進行充電。

2 純電動汽車主要的故障現象分析

純電動汽車的主要故障現象分為兩種，第一種為高壓無法正常上電。在通常環境下，人體能夠承受的安全最低電壓為36V（DC）。由于純電動汽車動力電池包的高電壓，因此純電動汽車的絕緣監測是所有電動汽車控制上電的第一步。通常純電動汽車的最小絕緣電阻值設置在500千歐左右，通過電池內部系統對絕緣電阻進行檢測，當絕緣電阻值小于最小絕緣電阻值時，電池系統將會出現絕緣報警信號，供維修人員進行代碼的讀取并進行檢修。針對絕緣故障常見的影響因素包含電池包內部電解液出現泄漏，絕緣層破壞以及電池模組內部由于振動沖擊而導致絕緣失效等情況。遇到絕緣報警故障時，應立即通知車輛維修人員，并應立即停止車輛工作，防止對人造成傷害。

純電動汽車的絕緣檢測是電動汽車的第一道保護，高壓互鎖裝置則是純電動汽車的第二道保護。在車輛絕緣正常的情況下，如若出現高壓互鎖斷路現象，車輛依舊無法上高壓電。高壓互鎖裝置（High Voltage Inter-Lock），是用低電平信號來監視高壓回路完整性的一種安全設計方法。高壓互鎖回路分為兩種形式：第一種形式為每個高壓部件上都有獨立的控制器來監控高壓互鎖信號，只有當全部的控制器都能夠接收到高壓互鎖信號時，才允許接通高電壓。第二種形式為每個部件的高壓電源線相互并聯，并將所有高壓連接器與連接器監測器連接，將所有組件連接成一個完整的回路，只有當檢測器都能收到高壓互鎖信號時，才允許接通高壓電。高壓互鎖裝置實質上是讓低壓電平信號在互鎖回路上進行傳輸，當出現低壓電平信號中斷時，說明高壓器件存在線路斷路或者松脫現象。以比亞迪e5的高壓互鎖為例，該車的高壓互鎖回路主要由電池管理系統、動力電池包、四合一（VTOG）和空調加熱器（PTC）組成，主要涉及到插接器為電池管理系統（BMS）的BK45（A）和BK45（B）。當出現高壓互鎖故障時，檢測的思路主要以先總體后分段的思路，即可拔下電池管理系統插接器，用萬用表電阻檔測量BK45（A）/1與BK45（B）/7端子之間的電阻值，正常的電阻值應該小于1Ω，如果實測值為∞，則可以考慮高壓互鎖中存在斷路。進而分為兩條之路進行電阻檢測，縮小范圍，直至查到斷路之處。

當車輛絕緣和高壓互鎖裝置都正常的情況下，用鑰匙啟動，將激活整車控制系統并給繼電器提供電源。此時，只有保證高壓配電箱的各相關部件都能正常工作才能最終讓汽車上高壓電。當汽車無法上高壓電時，需要借助車用診斷儀對故障碼進行查詢并讀取相關重要的數據流。假如儀表無法正常進行工作且車輛能夠讀取到故障碼，則首先要對儀表的故障進行排除。常見的儀表故障包含儀表的電源故障及儀表的線路故障，通過電路圖對儀表的電源及線路進行排查，明確故障原因并修理。若儀表能正常工作，則可排除儀表問題，通過診斷儀讀取相應的模塊信號。若高壓配電箱的各相關部件都正常，但是車輛仍然無法上高壓電，則可進一步查詢是否繼電器出現故障。

純電動汽車的第二種故障主要是車輛無法正常充電的現象。車輛充電包括交流慢充和直流快充。車輛直流快充的控制邏輯主要是整車控制器檢測充電控制確認線是否接通，進而判斷快充槍與車輛的連接是否正常，如果連接異常，則不會啟動快充繼電器；連接正常，則進一步檢測搭鐵線與快充喚醒線之間的電壓，當電壓不處于標準值時（標準電壓通常為12V），將不啟動快充繼電器；電壓正常時，整車控制器將喚醒電源管理系統的快充模式；如果通訊異常，快充繼電器仍然無法工作；通訊正常，則電池管理系統將啟動快充繼電器，使車輛進入快速充電的狀態。

車輛交流慢充的控制邏輯主要是整車控制器首先檢測交流慢充口的充電信號線是否接通，從而確定充電槍是否與整車的交流充電孔進行連接，如果出現連接異常，則系統默認沒有進入到充電模式，即整車無法識別車輛要進行充電。如果交流充電信號接通正常，則整車控制器繼續監測充電信號確認線和接地線之間的電壓，當電壓不處于標準值時（標準電壓通常為12V），則默認不啟動車載充電機，即無法反饋充電連接正常的信號，因此導致無法充電。只有當充電信號線以及充電信號確認線都正常接通且電源管理系統能夠被正常喚醒的情況下，電池管理系統將對動力電池包進行通訊，將充電繼電器閉合進而對動力電池包進行充電。

根據充電機理，一般的診斷思路是通過故障診斷儀讀取相關的故障代碼和相關的數據流，然后再確認充電信號連接線和充電信號確認線是否處于正常連接狀態。在確定充電信號連接線和充電信號確認線都處于正常狀態的情況下，可以對電池管理系統中關于充點的相關針腳進行檢測，最后對相關的繼電器進行檢測。針對市面上的多款純電動汽車，車輛高壓無法上電故障常常也影響著車輛無法正常充電。因此，當同時出現兩類故障現象時，首先需要對車輛高壓無法上電故障進行檢修，進而對車輛無法充電故障進行檢修。通過對純電動汽車的高壓上電及充電機理的分析，能夠大大縮短維修人員對純電動車的故障判斷工時，進而大大提高維修作業能力。

3 結論

對于純電動汽車的故障診斷，一定要明白純電動汽車的高壓上電和充電的機理，進而引導維修人員正確的對車輛進行檢修工作。由于電子技術在汽車領域上的應用，讓故障測試與診斷變得更加復雜，以純電動汽車為主的汽車故障診斷診斷方法仍需完善，但無論何種診斷方法都應當遵循透過現象看本質的原則，以機理為接入點，找準突破口，精準定位問題因素，進而解決故障。

[1] 劉寧,徐勇.純電動汽車絕緣故障的診斷與排查[J].汽車電器,2015, (06):43-44.

[2] 張斌.2015款比亞迪E5無法慢充故障案例分析[J].時代農機,2018, 45(3):95.

[3] 房亮,李晶華.純電動汽車高壓斷電故障診斷[J].天津職業大學學報,2018,27(1).

[4] 候海,伍春霞.汽車充電系統常見的故障檢修與診斷[J].智能機器人,2017:54-58.

Study on the method of pure electric vehicles fault diagnosis

Qiu Chenxi

（Fuzhou Polytechnic, Fujian Fuzhou 350108 )

The pure electric vehicles as the mainstay of new energy vehicles, occupies an important position in the automo -bilemarket.Compared with traditional fuel vehicles, pure electric vehicles failure doesn’t involve the engine failure.It mainly involves two kinds of fault phenomena: the car cannot be discharged normally and the car cannot be charged normally.In this paper, through the mechanism analysis of pure electric vehicle charging and discharging, the common faults are summarized and the train of thoughts is sorted out, the fault diagnosis method of pure electric vehicles is studied.

Pure electric vehicles; Fault diagnosis; Diagnostic method

U472.4

B

1671-7988(2019)24-16-03

U472.4

B

1671-7988(2019)24-16-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.006

邱晨曦（1976-），男，高級講師，碩士，就職于福州職業技術學院，研究方向為車輛工程。