2015年比亞迪唐DM混動版高壓漏電

◆文/廣東 汪貴行 汪宇軒

故障現(xiàn)象

一輛2015年生產(chǎn)的比亞迪唐DM混動版，已行駛66 787km，其中EV純電支持下的行駛里程為39 614km，汽油發(fā)動機支持HEV里程為27 173km，之前一直沒出過什么故障，車況十分穩(wěn)定，但近日在啟動上電OK指示燈變綠后，組合儀表上突然出現(xiàn)“EV功能受限”(圖1)的提示。此時發(fā)動機仍能啟動，車輛自動切換到HEV發(fā)動機模式，EV純電驅(qū)動的方式無法使用。

圖1 出現(xiàn)“EV功能受限”的提示

故障診斷與排除

故障車比亞迪唐DM是一款插電雙模式油電混合、四驅(qū)的運動型SUV多功能車。該車動力輸出有EV純電模式和HEV混動模式，當動力電池的高壓電不足或有故障時，還會有發(fā)動機單獨驅(qū)動模式。正常情況下，當動力電池電量SOC在10%以上、車輛上電OK燈變綠時，無需啟動發(fā)動機即可起步，以大幅提高車輛的經(jīng)濟性。在HEV混動經(jīng)濟模式ECO時，車速在40km/h以下行駛，優(yōu)先采用純電驅(qū)動；車速超過40km/h時，發(fā)動機才會介入。

該車的維修手冊指出，從高壓上電的原理可知，上電的OK指示燈變綠，需經(jīng)過一系列的信息傳遞和判斷過程(圖2)：車輛啟動時，多路控制器MICU將啟動信號送給動力電池管理器BMS和前驅(qū)動電機的控制器；BMS收到信息后，在命令電池包負極接觸器吸合的同時，即進行自檢，若沒有檢測到有漏電、欠電壓、高壓互鎖及繼電器燒結(jié)等異常情況時，則發(fā)出指令讓電池包的預充接觸器吸合；如果預充接觸器吸合成功，符合對外輸出高壓電的各項條件，則電池管理器BMS再控制主接觸器工作，并斷開預充接觸器。對外輸出動力電池的電源，電路正式供高壓電，同時讓OK燈變綠上電成功，表示車輛可純電EV模式行駛；若預充條件不符合，如高壓電路出現(xiàn)嚴重漏電信號，或前驅(qū)動控制器無高壓或電壓過低，則會自動通知車輛的控制系統(tǒng)，斷開電池包的主接觸器，停止純電模式來驅(qū)動行駛。而只能啟動發(fā)動機運轉(zhuǎn)，這時OK燈也變綠，但表示只可用HEV模式來驅(qū)動車輛。

圖2 高壓上電OK燈變綠的控制過程

故障車SOC儲電指標為90%，說明動力電池的電量充足，但上電OK指示燈變綠時，車輛即自動啟動發(fā)動機，同時儀表還出現(xiàn)“EV功能受限”的提示。經(jīng)試車檢驗，發(fā)動機運轉(zhuǎn)和行駛均正常，只是不能用EV模式，說明可能只是車上的高壓電部分出現(xiàn)了故障。

從上述的故障現(xiàn)象分析，故障車出現(xiàn)“EV功能受限”的故障，應全面了解車上的高壓電系統(tǒng)。故障車高壓系統(tǒng)包括：動力電池包、高壓配電箱、BMS管理器、前驅(qū)電機控制器與DC-DC轉(zhuǎn)換器總成、后驅(qū)電機控制器、前和后驅(qū)動電機、空調(diào)配電盒、PTC暖水加熱器、電動空調(diào)壓縮機、充電口總成、高壓連接線束等。

使用比亞迪汽車VDS2000專用診斷儀進行掃描發(fā)現(xiàn)，故障車內(nèi)存儲有三個故障碼：P1A0000-高壓電有嚴重漏電、P1CA1-嚴重漏電、P1CA2-一般漏電。

檢測漏電傳感器的數(shù)據(jù)流發(fā)現(xiàn)其電阻為0(圖3)，明顯異常。嘗試清除故障碼，重新調(diào)取故障和數(shù)據(jù)流，沒有任何變化，車輛仍不能使用純電驅(qū)動模式。這說明故障車“EV功能受限”的原因是“嚴重漏電”造成的。

圖3 故障車漏電傳感器絕緣電阻數(shù)據(jù)流

電動車上有低壓電路和高壓電路，低壓采用12V直流電，與傳統(tǒng)燃油汽車無異，主要供給低電壓的用電器具，如燈光、儀表及控制設備等。其特點是：單線制、用鐵質(zhì)車身作為負極回路，各用電器相互并聯(lián)。而高壓電為動力電池包的輸出電壓，本車型的動力電池工作電壓最低為640V，是在動力電池儲電量低于5%時出現(xiàn)的，而最高電壓達720V，高壓電供應給用電設備，如車輛驅(qū)動電機、DC-DC低壓轉(zhuǎn)換器、電動空調(diào)壓縮機和PTC元件等等。

從電工安全常識知道，凡25V以上的交流電或60V以上的直流電，都會對人體構(gòu)成危害，具有一定的危險性。為防止這種高電壓產(chǎn)生對人體的危害，其正、負極均不能用車身搭鐵來做回路，所以高壓線束的連接，對車身均是獨立絕緣的。一旦高壓部件有對車身的絕緣阻值過小，也就是存在漏電時，輕則損壞車上的用電設備，重則可能引發(fā)人身安全的危險事故，故漏電保護是電動車的一種基本的安全保護措施。

對于電動車，漏電檢測是利用漏電傳感器，檢測“當量絕緣值”來計算高壓部件及電路的絕緣阻值。通過檢測動力電池的正負母線與車身底盤的絕緣阻值來進行判斷漏電情況。BMS動力電池管理器根據(jù)所采集的絕緣阻值，以及動力電池的電壓值，按通常規(guī)定的公式，就可計算出一個當量絕緣值。當絕緣阻值過小時，BMS會進行相關(guān)保護性控制，斷開接觸器禁止高壓輸出放電，此時無法用EV純電模式來驅(qū)動車輛行駛，并點亮儀表上的漏電故障燈，提醒駕駛員注意此漏電故障。

“當量絕緣值”是用1V電壓的絕緣電阻不得低于500Ω(即500Ω/V)來計算的。當絕緣阻值大于或等于500Ω/V時，表示高壓電路系統(tǒng)絕緣良好；若絕緣阻值在100～500Ω/V范圍內(nèi)，則表示一般漏電；若絕緣阻值小于或等于100Ω/V時，表示系統(tǒng)嚴重漏電。

在圖4所示公式中，先測量動力電池的正、負母線分別對車身機殼的電壓V+及V-，在V+及V-中取大者作為V1。假設在正極端測量對車身的電壓更高，則取V+為V1,而舍去V-；反之則取V-作為V1(圖5)。然后在電壓表兩端并聯(lián)一個100KΩ的電阻，再檢測V1處的電壓作為V2,再按公式計算出絕緣電阻值，并按規(guī)定對動力電池進行判斷絕緣是否符合要求。

圖4 絕緣電阻值計算公式

圖5 絕緣電阻計算公式中電壓的測量

導致漏電的可能原因有：漏電傳感器或BMS動力電池管理器故障；動力電池包本身漏電或高壓配電箱漏電；高壓配電箱下游高壓模塊漏電，或各高壓模塊的下游用電設備的漏電，如前驅(qū)動電機、后驅(qū)動電機、PTC暖加熱器及電動空調(diào)壓縮機等出現(xiàn)的漏電；高壓線束漏電。

一旦發(fā)生漏電故障，先由漏電傳感器自動發(fā)出漏電的故障信息，BMS收到漏電傳感器發(fā)送來信號并進行處理，按故障碼的因果關(guān)系首先檢查BMS本身，若動力電池管理器無故障，則可推斷漏電可能來自車上的漏電傳感器，或是在電池包內(nèi)部。由于一般維修不會拆開電池包來檢查，故無法查看電池包內(nèi)部，只有先從電池包外部的高壓部件進行排查。

車輛無故障情況下，上電OK指示燈變綠，BMS自檢無異常，則會自動吸合動力電池包內(nèi)部的分壓接觸器和負極接觸器，同時吸合高壓配電箱內(nèi)的預充接觸器。前驅(qū)動電機控制器及DC-DC轉(zhuǎn)換器集成在一體，稱為“二合一”總成，當監(jiān)測到高壓在正常范圍內(nèi)，即達到標稱電壓的2/3以上時，則預充電的任務順利完成。當預充完成后BMS再控制高壓配電箱內(nèi)的主接觸器吸合，同時斷開預充接觸器。高壓配電箱把高壓電按需并聯(lián)分配，供電給前驅(qū)動電機控制器與DC-DC轉(zhuǎn)換器總成、后驅(qū)動電機控制器、空調(diào)配電盒、車載充電器等。再由各控制模塊，將高壓電分配到下游的用電設備，如前驅(qū)動電機、后驅(qū)動電機、電動空調(diào)壓縮機、PTC暖水加熱器等等。

圖6為故障車動力電池包—高壓配電箱—各高壓模塊的總配電圖，從中可以看出高壓母線的走向。圖中“雙路電”是蓄電池的低壓電，控制給各繼電器的電源，也就是用低壓電來控制高壓電。只有雙路電的電源正常，才可供給高壓電給各高壓負載的電源。圖中橙色線為動力高壓電的正、負母線。

圖6 故障車高壓系統(tǒng)配電圖

比亞迪唐DM動力電池包內(nèi)部含有負極接觸器及分壓接觸器，在車輛沒有上電時，內(nèi)部接觸器是無法吸合的，需用專用器具才能人為操作使之吸合，操作比較麻煩。從電路圖可以看出：前驅(qū)動電機控制器、后驅(qū)動電機控制器、空調(diào)配電盒、車載充電器四者之間是并聯(lián)關(guān)系，只需拔出其中一個高壓母線，測量線束的對車殼絕緣阻值，就可判斷其余三個是否存在問題漏電問題。如果測出絕緣阻值過小時，再挨個拔掉其余模塊的高壓插頭，當拔掉某一個模塊的高壓插件時，絕緣阻值變大至不漏電時，就說明該模塊或它的下游用電器有問題。反之，測出的絕緣阻值正常，則證明其它的模塊沒有問題。

按先簡后難的故障排查邏輯，列出排查順序為：前驅(qū)動電機控制器、后驅(qū)動電機控制器、空調(diào)配電盒、車載充電器、PTC、壓縮機、前電機、后電機、高壓配電箱、動力電池包。

因檢測此車漏電發(fā)生時并沒有在充電，由于車載充電器沒有工作，充電口總成是斷開的，所以車載充電器及充電口不在懷疑之列，無需檢測其漏電故障。

戴好絕緣手套，做好高壓電的防護措施，在車輛沒有上電情況下，先斷開低壓蓄電池的負極，等待10min以上，檢測高壓已沒有任何電壓，再打開發(fā)動機前艙蓋，拔出前驅(qū)動電機控制器的高壓母線，使用兆歐表選擇直流1000V的量程，黑表筆對車身搭鐵，紅表筆接高壓母線電芯，分別對各高壓部件進行檢測。

1.測得母線正極與負極對車身絕緣阻值均在24.9MΩ(圖7)以上，遠大于500Ω/V的漏電的標準檢驗值，證明后驅(qū)動電機控制器、空調(diào)配電盒、車載充電器以及母線束的絕緣良好，沒有漏電的故障；

圖7 高壓正負母線絕緣為24.9MΩ

2.用兆歐表測量前驅(qū)動電機控制器高壓輸入端正極對地絕緣阻值47.4MΩ(圖8)，負極對地絕緣阻值46.6MΩ，也說明前驅(qū)動電機控制器沒有漏電故障；

圖8 前驅(qū)控制器絕緣正常

3.前、后驅(qū)控制器、空調(diào)配電盒、車載充電器以及線束等的四個模塊的絕緣均良好，范圍進一步縮小。因各模塊下游還有高壓用電設備，需再檢測空調(diào)配電盒下游的PTC暖水加熱器、空調(diào)壓縮機等正負母線，絕緣阻值分別測為58.9MΩ和57.4MΩ，檢測電動空調(diào)的絕緣為47.6MΩ，排除壓縮機的漏電故障；

4.斷開前驅(qū)動電機控制器的高壓輸出端，用兆歐表分別測量前電機的A相、B相、C相對地絕緣阻值均為無窮大，排除前電機的漏電；用同樣的方法去測量后電機的A相、B相、C相對地絕緣阻值也是無窮大，排除了后電機絕緣故障；

5.拔出動力電池包正、負極高壓母線，兆歐表測量高壓配電箱的正極母線對地絕緣阻值為123.5MΩ(圖9)，排除高壓配電箱的絕緣問題。

圖9 電池包正負母線絕緣良好

由于動力電池包以外的高壓部件，以及高壓母線未檢測到異常，剩下只有動力電池包值得懷疑。動力電池包內(nèi)部有多個接觸器，車輛要在已上電OK變綠時，才會有高壓電輸出。根據(jù)國際檢測漏電公式，再結(jié)合該車型的《電器原理圖》、《唐車型動力電池漏電檢測方法》等技術(shù)維修資料，對電池包進行漏電檢測。

檢測電池包的漏電和計算絕緣電阻的具體方法是：

1.在駕駛座椅下方，找到動力電池包的低壓接插頭，在副駕駛座椅下方有蓄電池，接12V電源使電池包內(nèi)部的分壓接觸器吸合(圖10)；

圖10 接低壓電使電池包內(nèi)部的接觸器吸合

2.因車輛長時充電，萬用表測量電池包的輸出電壓已到720V，達上限值是符合要求的，但應特別重視安全操作，再分別測量電池包正極對機殼電壓為0，測量負極對機殼的電壓為716V(圖11)，取兩個電壓中的大值，參考上述圖5取電池包正、負對地電壓的大值，為負極的716V作為計算公式中的V1電壓；

3.在萬用表的兩表筆之間并聯(lián)一個110kΩ的電阻后，再檢測電池包的負極對車身機殼的電壓，得測量值為631V(圖12)，作為計算絕緣電阻公式中的V2電壓；

圖11 檢測電池包輸出電壓及負極電壓

圖12 并聯(lián)110kΩ電阻后檢測負極電壓

4.按電動汽車國際規(guī)定的絕緣漏電公式進行計算，得出當量絕緣值為20.58Ω/V(圖13),電池包內(nèi)部的絕緣電阻過小，說明動力電池包內(nèi)部確實存在嚴重漏電的故障。

圖13 按絕緣公式計算出的當量絕緣值

從上面判斷得知電池包內(nèi)部有漏電故障，但從維修安全考慮，電動車生產(chǎn)廠家不提倡或不允許修理廠拆解動力電池包，由生產(chǎn)廠統(tǒng)一處理。特別是該2015款的“唐”車，電池包仍屬三包質(zhì)保期內(nèi)，向廠家申請更換動力電池包，得到廠家批準免費更換新電池包后，再多次進行試車檢驗，此故障終被徹底排除。

維修小結(jié)

在本案例中，應特別重視維修的安全注意事項。處理和更換動力電池包、接觸高電壓均會帶來一定的危險，應做好防護措施，始終把安全放在第一位。

另外，維修前應先查閱維修手冊、技術(shù)資料和電器原理圖等等，熟悉電動車型的結(jié)構(gòu)、高壓電的工作原理，正確使用工具設備，熟練掌握兆歐表、萬用表、示波器等檢測工具，嚴格按照電動車輛維修安全手冊要求進行作業(yè)。對故障應根據(jù)故障現(xiàn)象進行分析、理順思路、從簡到難一步一步縮小范圍，對每項檢測的數(shù)據(jù)應多檢測幾次，確保準確無誤。