純電動汽車高壓不能上電故障診斷分析*

余紅燕 林元寧

（福建船政交通職業學院）

相對于傳統汽車而言，純電動汽車采用了大容量、高電壓的動力電池及高壓電機和電驅動控制系統，并采用了大量的高壓附件設備，如空調壓縮電動機、PTC電加熱器及DC/DC轉換器等，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。

根據純電動汽車的特殊結構及電路的復雜性，并考慮純電動汽車高壓電安全問題，必須對高壓電系統進行安全、合理的規劃設計和必要的監控，是電動汽車安全運行的必要保證，因此在絕緣電阻、電壓、電流、高壓接觸器觸點、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]。在高壓系統維修案例中，高壓不上電是純電動汽車高壓系統維修過程中最常見且最易遇到的故障。

1 純電動汽車高壓系統介紹

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

純電動汽車在高壓上電過程中所需要涉及多個高壓部件，每個高壓部件都有一個低壓管理模塊對它們進行監控與管理工作，每個低壓管理模塊把對應管理的高壓部件信息通過動力網CAN反饋給整車控制器(VCU)，利用高壓電來帶動驅動電機工作，同時每個高壓部件的低壓管理模塊在車輛上電后也肩負著安全保護措施功能。

2 高壓不能上電的故障類型

純電動汽車利用高壓電來帶動驅動電機，涉及高壓電安全問題，故電動汽車都分高壓電與低壓電2個供電的系統，高壓電是利用各個低壓管理系統、傳感器、繼電器等低壓零部件來實現對高壓電的控制，同時在上電流程中設計了多層保護措施，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、電池管理系統故障、電機控制器故障等方面[2]。

2.1 高壓互鎖斷開故障

從高壓系統性能安全的角度出發，車輛中每個部件都可能存在的風險，尤其是高壓部件，都必須配置相應的安全技術手段進行監測，以降低危險發生的概率，因此高壓互鎖，在電動汽車高壓系統安全以及在電路設計中以安全保護措施的地位存在[3]。

電動汽車中存在一條高壓互鎖回路，如圖1所示。由多個低壓管理模塊和所管理控制的高壓部件的高壓插頭串聯在一起組成。在整車控制器插接器中有2個端子，一個端子負責發送高壓互鎖信號，另一個負責接收高壓互鎖信號，一旦高壓線束插接頭或低壓管理系統插接頭斷開或松脫，將會導致相應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，當整車控制器檢測到高壓互鎖信號斷開后便會在車輛上電、充電等使用高壓電時阻止高壓電的供應，最終導致無法上高壓故障的現象出現。

圖1 純電動汽車高壓互鎖回路

2.2 整車控制器故障

整車控制器作為純電動汽車的核心管理模塊之一，負責所有控制高壓模塊系統的管理工作，并與其他管理系統通訊，以獲知它們管理的高壓系統相關參數，并對高壓系統進行監控管理，當高壓系統異常時，整車控制器將根據嚴重情況決定所使用的措施，在遭遇嚴重故障時，整車控制器將會斷開或阻止高壓電的使用。

啟動與充電等設備需要使用高壓電時，經過整車控制器允許后方可使用高壓電，而當整車控制器故障時，車輛失去控制高壓電的管理能力，導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致車輛無法正常上高壓電。

2.3 動力電池管理系統故障

電池管理系統(BM系統)可以對動力電池組總電壓、總電流以及每個測點電池溫度和單體電池的電壓參數進行實時監控，并對動力電池組進行故障診斷、計算電池組剩余電量比(SOC)、充放電模式以及短路保護和漏電監測等。

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

當BMS系統故障時，車輛將因為動力電池無法被控制，從而導致高壓電無法從動力電池端輸出或高壓電輸入動力電池中，所以BMS系統出現故障也可能導致車輛無法上高壓電。

2.4 電機控制器故障

電機控制器控制著動力電池組到驅動電機之間電能傳輸，同時采集電機位置信號和檢測三相電流信號，有效地控制驅動電機運行[4]。既能將動力電池組中的高壓直流電轉換為三相交流電輸送給驅動電機，又具備將驅動電機制動和下坡時產生的三相交流電轉換為高壓直流電給動力電池組充電的設備。高壓直流電轉低壓直流電(DC/DC)集成在電機控制器里面，相當于燃油汽車上的發電機，其功用是當低壓蓄電池虧電時，將動力電池組的高壓直流電轉換成低壓直流電，給低壓蓄電池充電。

當電機控制器故障時，車輛將無法正常的將高壓電轉換成交流電輸送給電機，電機也無法將制動或下坡產生的交流電轉換成直流電輸送給電池，可能無法給低壓蓄電池充電，導致低壓蓄電池虧電，所以電機控制器出現故障也可能導致車輛無法上高壓電。

3 故障診斷分析

3.1 高壓不上電故障現象

某日車主出門辦事將停在停車場，當車主辦完事情再次回到車上時，車主按往常一樣起動汽車，發現車輛無法行駛，儀表盤上故障燈點亮，后聯系4S店拖車，稱其遇到啟動方面故障，車輛無法行駛，特拖至本店維修。

當維修人員對汽車進行檢查時發現：車輛啟動后，車輛故障指示燈點亮，ready燈未顯示亮的狀態，車輛無法正常上電，初步判定高壓系統存在故障。

3.2 故障排查所需工具

1）絕緣鞋、防護眼鏡：避免操作時被高壓電或車輛使用的化學液體所傷；

2）絕緣手套(選擇絕緣區間：500～1 000 V)：由于維修車輛為2017款純電動汽車，該款車型動力電池為水冷散熱方式，所以動力電池電壓為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：用于測量各個部件電壓、電流、電阻、導通以判定車輛故障；

4）故障診斷儀：用于分析與確定故障點；

5）絕緣工具：以防拆裝過程中拆裝工具造成短接導致車內設備故障；

6）絕緣墊：鋪設于工位地面上，以確保維修時地面的絕緣效果。

3.3 診斷前準備工作

1）檢查絕緣鞋是否斷裂、防護眼鏡是否破裂、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）車輛鋪設車外3件套、車內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據流；

8）根據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，現象為：車輛可以啟動，啟動后系統故障指示燈點亮，ready燈未顯示亮的狀態。初步判斷高壓系統存在故障。下面維修人員利用檢測儀器對車輛進行檢測。

3.4.1 高壓互鎖故障診斷分析

根據初步判斷連接故障診斷儀，檢測車輛高壓系統運行情況，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，繼續讀取其他模塊未發現異常數據，根據故障現象判定問題可能出現在高壓互鎖回路。

互鎖是從整車控制器出發串聯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和終點出發本著分段檢測的思路。斷開蓄電池負極，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尋找故障點背插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，故判定可能因為PTC控制器高壓插頭松動造成高壓互鎖信號中斷，遵循高壓斷電操作后，檢查發現PTC控制器高壓插頭松動，將其恢復。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，重新啟動車輛，車輛正常上電，排除故障。圖2示出高壓互鎖故障點示意圖。

圖2 高壓互鎖故障點示意圖

3.4.2 電機控制器故障診斷分析

根據初步判斷連接故障診斷儀，檢測車輛高壓系統運行情況，首先讀取整車控制器(VCU)的故障碼，故障診斷儀顯示U34A882(電機控制器報文循環技術錯誤)、U34AB82(DC/DC報文循環技術錯誤)、P102E02(電機轉速信號錯誤)；判定電機控制器模塊存在故障，繼續讀取電機控制器(PEU)的故障碼，故障診斷儀顯示連接電腦失敗。進而判定故障可能發生在電機控制器低壓管理模塊，故障可能為電機控制器低壓管理模塊；1）供電故障；2）搭鐵不良；3）動力網(P-CAN)通訊故障；4）電機控制器低壓管理模塊本身故障。

根據以上推斷的故障原因這些思路出發，本著先易后難的原則，確定排故路線從最簡單的供電保險絲出發，查閱電路圖發現電機控制器的供電保險絲為EF31保險絲位于車輛前艙保險絲盒中，測量EF31保險絲上端對地電壓為12.9 V,測量EF31保險絲下端對地電壓為0。斷開蓄電池負極，拔下EF31保險絲，觀察保險絲熔斷情況，發現保險絲熔斷，判定故障原因是供電保險熔斷。保險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，進而測量保險絲盒中EF31保險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無短接，更換保險絲后，重新啟動車輛，車輛正常上電，故障排除。

3.5 結果分析

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，導致從整車控制器發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。

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

4 結論

綜上所述，由于純電動汽車控制機構不同于傳統汽油汽車控制機理，純電動車控制以全電控為主，電控分為高壓電控和低壓電控，在診斷維修時需要對所有電控系統有非常清晰的了解和認知，尤其是各個控制系統間的控制邏輯與關系，在排故的過程中應該將故障現象與故障診斷儀顯示的信息相結合判斷可能得故障范圍，并按照簡單到復雜的流程進行檢查，并最終排除故障。同時在純電動汽車維修中，尤其需要注意高壓電部分維修時的規范與安全，確保在診斷過程中能夠保證自身的生命安全。純電動汽車維修其關鍵要點還是對于車內電控系統的熟練掌握程度以及安全、規范操作。