2020款比亞迪秦無法上電

◆文/福建省陳育彬技能大師工作室 陳育彬 沈洪松

故障現象

一輛2020款比亞迪秦純電動汽車，搭載永磁同步電機，行駛了大約10 000km。該車無法上“OK”電，組合儀表上顯示“EV功能受限”，且整車動力系統故障指示燈點亮。

故障診斷與排除

使用診斷儀器讀取動力電池管理模塊(BMS)的故障信息，發現存有三個故障碼(圖1)：P1A4200-負極接觸器燒結故障(間歇故障)；P1A5100-碰撞硬線信號PWM異常報警(當前故障)；U016400-與空調通信故障(當前故障)。讀取BMS系統的數據流，觀察“預充接觸器狀態、負極接觸器狀態、主接觸器狀態、預充狀態”的數據流(圖2)，發現預充狀態顯示“預充失敗”，主接觸器狀態和負極接觸器狀態均顯示“斷開”，車輛無法正常上電。

圖1 故障車上存儲的故障碼

圖2 故障車BMS系統數據流

根據維修手冊的提示，多次嘗試上“OK”電，但故障依舊。嘗試清除故障碼，發現故障碼有時可以清除，但大多數情況下無法清除。通過上述檢測，并結合故障現象進行綜合分析，導致該車故障的可能原因有：動力電池內部的負極繼電器燒結故障、負極繼電器控制線路對地短路、BMS模塊故障。

純電動汽車動力電池的內部組成部件主要包括：各電池模組、CSC采集系統、電池控制單元(BMU)、電池高壓分配單元(B-BOX)、電池內部冷卻系統、電池內部加熱系統等。不同的電動汽車，電池內部的高壓分配單元所包含的部件有所不同，一般由正極繼電器、負極繼電器、預充繼電器、預充電阻和電流傳感器組成，部分車型還包括直流充電繼電器、電池加熱繼電器。有些車型將預充繼電器、預充電阻器、電流傳感器、直充充電繼電器安裝在動力電子單元(PEU)或高壓電控總成內部，例如比亞迪e5電動汽車。2020款比亞迪秦電動汽車的動力電池內部結構及原理如圖3所示。

圖3 故障車型動力電池系統結構及原理圖

動力電池內部的主繼電器主要包括正極繼電器、負極繼電器，其作用是接通和關閉高壓系統。故障碼中的“負極接觸器”，實際上就是GB/T 19596-2017電動汽車術語提到的高壓繼電器，只是有些廠家稱之為接觸器，有些稱之為繼電器。為了敘述規范，本文統一用高壓繼電器、負極繼電器、正極繼電器這類術語。高壓繼電器的內部電路如圖4所示，繼電器線圈的電源電壓為12V，通過低壓電路拉低控制高壓電路的接通或斷開。

圖4 高壓繼電器內部電路

預充繼電器和預充電阻的安裝位置因車型而異，大部分電動汽車的預充繼電器和預充電阻安裝在動力電池箱內部，如：2020款比亞迪秦、北汽EU260和EX360、吉利EV300和EV450、廣汽合創G07系列等；有些安裝在“四合一”或“三合一”內部，如比亞迪e5。

電動車動力電池為什么需要安裝預充電系統？在電動汽車上“READY”或“OK”電時，為緩解對高壓系統的沖擊，電池管理器先吸合預充繼電器，電池包的高壓電經過預充繼電器并聯的限流電阻后，加載到電機控制器母線上，對電機控制器內的電容器進行預充電，電池管理器檢測到母線上的電壓與電池包電壓之差為電池包電壓的5%以內時，控制主繼電器吸合，斷開預充繼電器。也就是說，預充繼電器用于預負載，在閉合正極繼電器、負極繼電器前，以小電流給高壓系統上的電容器進行預充電，以檢查高壓車載網絡上的連接是否正常，同時避免高電壓對高壓部件的沖擊。

電流霍爾傳感器用于監測動力電池包正極的充、放電電流。不同的車型，電流霍爾傳感器的安裝位置有所不同，有些安裝在動力電池內部，有些安裝在動力電子單元(PEU)或高壓電控總成內部。圖5所示為2020款比亞迪秦動力電池高壓配電箱內部的電流霍爾傳感器，該傳感器安裝在動力電池內部的高壓配電箱正極接線柱上。2016～2018款比亞迪e5電流霍爾傳感器則安裝在前機艙高壓電控總成內部，如圖6所示。

圖5 故障車型電流霍爾傳感器的安裝位置

圖6 比亞迪e5電流霍爾傳感器的安裝位置

該車故障碼指示的故障較為明確，在檢查負極繼電器外部控制線路正常的前提下(比亞迪秦的電池管理器安裝在動力電池外部)，決定更換動力電池內部的負極繼電器。為保險起見，同時更換了正極和負極繼電器后試車，該車故障被徹底解決。

維修小結

動力電池的常見故障包括：電壓采樣功能異常、溫度采樣異常、熔絲燒毀、內部通信故障，以及其他故障(充電管理、放電管理、高壓繼電器控制、電池均衡、數據記錄、SOC/SOH計算功能)等，繼電器(接觸器)燒蝕故障是其中比較常見的故障之一。動力電池屬于高壓器件，電池內部組件的維修是一項需要特殊維修資質的工作，一方面涉及到高壓安全，操作不當易造成人員傷亡；另一方面涉及到維修后電池的密封性能測試結果是否符合廠家規定的防護等級標準。如果電池包密封結構受損，電動車輛在涉水或短時間泡水后，電池包內部會有進水的危險。因此，維修動力電池時務必嚴格遵守廠家的操作規范。

最后，借此機會，順便介紹更換負極繼電器的操作規范和流程。

1.前期準備工作。主要是準備人員防護工具和操作工具。人員防護工具包括：絕緣手套(耐壓1 000V以上)、帆布手套、絕緣鞋(耐壓1 000V以上)、絕緣膠布、防護面罩。操作工具包括：高壓絕緣工具組件、舉升機、簡易支架車、套筒扳手組件、動力電池升降平臺車。

2.完成高壓系統切斷后，按照維修手冊的操作流程拆卸動力電池總成。拆卸過程中需要注意動力電池及車輛上貼有的高壓警示標識，同時對動力電池進行防護。非專業人員，不得隨意打開高壓蓄電池外罩。

3.從車上拆下動力電池后，打開動力電池外罩。拆卸高壓配電箱外罩(圖7)，拆卸動力電池正極、負極樁頭與高壓繼電器之間的連接螺栓，并做好絕緣防護措施(圖8)。

圖7 拆卸高壓配電箱外罩

圖8 拆卸繼電器附件

4.拆卸高壓繼電器上的相關附件，如：拆卸預充電阻(圖9)、高壓熔斷器(圖10)。

圖9 拆卸預充電阻

圖10 拆卸高壓熔斷器

5.拆卸負極繼電器(圖11)，使用萬用表測量負極繼電器兩個高壓觸點端的電阻值小于1Ω，說明負極繼電器觸點內部燒結。在安裝新的負極繼電器之前，有必要進行通電測試(圖12)。

圖11 拆卸負極繼電器

圖12 對新的負極繼電器進行通電測試

6.為了保險起見，本次維修同時更換了正極繼電器和負極繼電器(圖13)，安裝高壓繼電器相關附件(圖14)。

圖13 更換正極和負極繼電器

圖14 安裝高壓繼電器相關附件

7.按照拆卸高壓繼電器相反的順序，安裝新的動力電池密封墊(圖15)，并進行密封性能測試，添加電池冷卻液至合適位置(圖16)。

圖15 安裝動力電池外罩

圖16 添加電池冷卻液

8.清除故障碼，打開點火開關后，完成車輛上電，“OK”燈能夠正常點亮(圖17)，使用儀器檢測BMS系統，清除故障碼，讀取數據流“預充狀態”顯示“預充完成”(圖18)，至此故障排除。

圖17 故障車恢復正常時的儀表臺

圖18 故障車修復后的數據流