2019款北京現代索納塔插電混動車動力系統報警

◆文/浙江葉飛武技能大師工作室 葉飛武

故障現象

一輛2019年生產的北京現代第九代索納塔插電混動車型，搭載G4NG型2.0L GDI阿特金森循環的混合動力車型專用汽油發動機，和A6MF2H型6速PHEV專用自動變速器，以及主、副兩組寧德時代（CATL）12.9kWh的三元鋰動力電池，VIN碼為LBELFEKC0JY00＊＊＊＊，行駛里程為45 800km。據車主反映，該車在行駛過程中，混合動力系統報警（儀表彈窗顯示“請檢查混合動力系統”或“請安全停車后熄火 檢查混合動力系統”），同時混合動力系統和發動機系統故障警告燈突然亮起（圖1），動力系統受到控制模塊的邏輯限制，但車輛依舊能繼續行駛。隨著故障進一步加劇，如果途中遇紅綠燈等情況下車輛停車，故障車有時會立即退出READY狀態，一鍵啟動電源OFF后再次上電可以進入READY狀態繼續行駛。

圖1 儀表顯示的故障現象

故障診斷與排除

接車后，首先對故障車進行初步檢查。將一鍵啟動按鈕從OFF狀態切換至ON狀態時，車輛控制模塊自檢車輛各系統，儀表顯示車輛當前狀態正常。操作車輛進入READY狀態，車輛各系統也沒有出現任何異常。進一步進行上路試車，當將掛擋桿從P擋掛入驅動擋位（R/D擋位）后，車內就能聽到輕微的“吱～”連續高頻噪音，仔細辨別該噪音來源于后備箱動力電池安裝位。松開制動踏板、踩下加速踏板，車輛行駛了一段時間后，突然出現明顯的故障，混合動力系統報警（儀表臺上的彈窗顯示“請檢查混合動力系統”或“請安全停車后熄火，檢查混合動力系統”）。同時，混合動力系統和發動機系統故障警告燈亮起，動力系統工作受到控制模塊的邏輯限制。但是，此時故障車依舊可以行駛。隨著故障進一步加重，試車途中遇紅燈或其他情況停車（當前是READY狀態），故障車有時會立即退出READY狀態。出現故障自動下電后無法直接上電，將一鍵啟動按鈕重新切換至OFF后再次上電，可以進入READY狀態并繼續行駛。通過驗證故障與描述的故障現象基本一致。

用北京現代專用診斷儀（GDS Mobile）掃描車輛全車電控系統，結果發現BMS（高電壓動力電池管理系統）、CGW（通信網絡中央網關）和AIRCON（電動空調系統）三個系統中存有多個故障碼（圖2）。BMS系統記錄了多個故障碼，其中故障碼P0B4A 、P0B59、P0B5E、P0B54、P0B4F、P0B45的含義分別是：混合動力/電動電池電壓感應“D、G、H、F、E、C”電路異常；P1B97-高壓蓄電池溫度偏差。CGW系統記錄了故障碼B221100-與BMS的CAN通信中斷。AIRCON系統記錄了故障碼B1696-壓縮機工作狀態故障。

圖2 故障車上存儲的故障碼

另外，查看數據流（圖3）發現，動力電池DC電壓為6553.5V，異常；“9～16號”動力電池模塊溫度為“-56℃”，存在明顯異常。另外，在監測過程中還發現動力電池模塊溫度和單體電芯的電壓數據偶爾還存在跳變的異常情況。

圖3 故障車動力電池數據流

故障車型動力電池包分為主、副兩個電池包，每個電池包內分別有4塊單模組，每塊單模組內置12個單體電芯和2個溫度傳感器，所有電池模組和單體電池均為串聯連接。動力電池的電壓和溫度由電池單模組內部的監測單元CMU負責監測，CAN數據收發單元BMU進行收發，每個單模組由電池CAN網絡（電池局域CAN）與BMS模塊連接傳遞數據。同時，BMS模塊與車輛CAN網絡（H-CAN（CGW）P-CAN）共享數據，BMS模塊根據系統所需的數據對動力電池進行管理（圖4）。

圖4 故障車型與動力電池相關的CAN網絡簡圖

根據上述檢測和相關系統工作原理，對故障車的故障原因進行分析：

1.觸發故障碼P0B4A、P0B59、P0B5E、P0B54、P0B4F、P0B45、P1B97，可能是由于動力電池單模組（包含單體電芯、監測單元CMU、CAN通信收發單元BMU）、線路連接或BMS模塊異常，致使BMS模塊不能獲取動力電池模組的正常數據；

2.觸發故障碼B221100，是H-CAN/P-CAN通信正常時，CGW網關模塊持續10s內未接收到BMS模塊的H-CAN/P-CAN信息，可能是由于BMS模塊電源故障或H-CAN/P-CAN網絡的BMS模塊CAN網絡支路出現斷路或接觸不良所致；

3.觸發B1696故障碼，是空調控制器（空調面板模塊）檢測到電動壓縮機故障，可能是由于電動空調壓縮機高壓供電異常、CAN通信信號異常、或電動壓縮機自身故障導致。

根據上述分析，首先檢查故障車動力電池，未見明顯的外在因素導致的故障，對動力系統相關線路的連接進行檢查，也未見異常。為了能夠提高檢測精度，對電池CAN網絡進行波形檢測，發現波形不符合高速CAN網絡特征，最小值和最大值稍有偏差，且變化規律均存在明顯異常（圖5）。初步判斷，該車故障原因可能是動力電池自身異常或BMS模塊異常，但倒換動力電池包總成和BMS模塊后故障依舊。

圖5 動力電池CAN網絡波形對比

對AIRCON系統的故障碼“B1696-壓縮機工作狀態故障”進行進一步分析后，決定檢測電動空調壓縮機高壓供電、CAN通信信號和電動壓縮機絕緣，但均未見異常。至此，該車故障診斷一時陷入了診斷僵局。無奈之下，決定嘗試倒換電動空調壓縮機，但故障依舊。

重新梳理診斷思路，根據故障現象分析可能的故障原因，檢測儀掃描到的故障碼或許不是導致該車故障的直接原因，而是另有原因。將電池CAN網絡波形異常作為突破口進行分析，由于電池CAN網絡波形異常不是動力電池自身、線路連接和BMS模塊異常所致，因此因重點關注電池CAN網絡信號是否被干擾。該車電池CAN網絡是動力電池包獨有的局域CAN，而且采用的是抗干擾的雙絞線，如果確實是電池CAN網絡受到了干擾，那一定不是一般的弱電磁干擾所致。哪個部件會產生如此強大的干擾源呢？唯一可能的是高電壓系統的某個強電流部件存在工作異常。對該車高電壓系統所有部件進行逐一排查，尤其是高電壓部件。通過排查發現，驅動電機的U、V、W三相線圈與電機外殼的絕緣電阻都只有416kΩ左右（圖6），且溫度變化時，絕緣電阻有時會更低，正常情況下，絕緣電阻值應大于10MΩ。很顯然，該車驅動電機線圈的絕緣電阻異常。更換驅動電機總成（圖7）后反復試車，該車故障現象未再出現，故障被徹底排除。

圖6 測量驅動電機線圈的絕緣電阻

圖7 故障車型驅動電機總成

維修小結

本案例中，故障診斷工作一度陷入僵局，好在筆者及時想到“山窮水盡查電源，海枯石爛找干擾”。早期汽車維修常常是“頭痛醫頭，腳痛醫腳”，但隨著電控系統在汽車中的應用越來越廣泛，跨系統或系統內部件間的相互作用的情況越來越常見，這時如果能變換一下，改用“頭痛醫腳，腳痛醫頭”往往會有意想不到的效果。

本案例中，故障車的故障現象比較特殊。正常情況下，高電壓部件絕緣異常時，BMS系統會觸發“P0AA6-高電壓電池絕緣破壞”故障碼，但該車卻沒有生成故障碼P0AA6，可能是因為驅動電機的U、V、W三相線圈雖然絕緣電阻異常，但并未完全短路所致。另外，該車驅動電機是在車輛進入READY狀態后掛上驅動擋位（R/D擋）、且松開制動踏板后才開始工作，因此車輛進入READY狀態、BMS系統自檢時，并未檢測到驅動電機的絕緣故障。只有在驅動電機工作時，U、V、W三相線圈才會均勻地波動漏電（發生電流高頻波動沖擊），電流沖擊引起PRA（高電壓繼電器盒）內的主（+）、主（-）繼電器產生輕微的“吱～”連續高頻噪音。U、V、W三相線圈均勻波動漏電同時會干擾BMS系統電池CAN網絡并引發故障。此時，車輛控制單元會誤認為此時的驅動電機消耗的電流比較大，但未達到觸發故障碼P0AA6的閾值。

該車采用濕式油冷永磁同步電機作為驅動電機，所用的冷卻油液為自動變速器油，因此在更換變速器油時一定要按照廠家的要求，使用第九代索納塔插電式混合動力汽車專用變速器油，否則有可能會導致驅動電機過早損壞。