新能源汽車高壓系統(tǒng)故障及維修技術研究

徐曉東　樊玖林

摘 要：隨著環(huán)境與能源危機加劇，新能源純電動汽車應運而生。電動汽車的運行離不開其高壓系統(tǒng)。文章主要介紹新能源汽車高壓系統(tǒng)中動力電池絕緣故障、預充電故障的失效模式及維修方法，為售后相關人員提供一定的理論指導，從而推動售后市場更好的發(fā)展。關鍵詞：新能源汽車;高壓系統(tǒng);絕緣故障;預充電故障;維修方法中圖分類號：U472? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）01-30-03

Abstract： With the aggravation of the environmental and energy crisis， new energy pure electric vehicles emerge as the times require. The operation of electric vehicle can not be separated from its high-voltage system.This paper mainly introduces the failure modes and maintenance methods of power battery insulation and pre-charging faults in the high voltage system of new energy vehicles， which can provide some theoretical guidance for after-sales staffs， so as to promote the better development of the after-sales market.Keywords： New energy vehicles; High-voltage system; Insulation fault; Precharging fault; Maintenance methodCLC NO.： U472? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）01-30-03

前言

為了應對日益突出的能源與環(huán)境問題，各大車企開始大力發(fā)展新能源純電動汽車。純電動汽車是由動力電池內的高壓純電驅動，其驅動電壓遠遠超出人體能承受的電壓范圍。因此，整車高壓電安全是汽車安全不可忽視的一個方面。本文重點研究動力電池絕緣故障及整車高壓預充電故障。

1 動力電池絕緣故障

動力電池主要由電池管理控制器、單體電池串并聯(lián)得到的電池模組、單體電池信號采集板、低壓線束、配電銅排等組成，若電池包進水、銅排破損、絕緣監(jiān)測芯片故障均會導致動力電池報絕緣故障。動力電池絕緣檢測的原理是通過絕緣阻抗監(jiān)測儀連接直流高壓系統(tǒng)正負母線與車身或者電池包殼體之間的絕緣電阻來判斷車輛是否存在絕緣故障[1]。目前致使動力電池絕緣故障的原因具有多樣性，按照部件可以分為電池包內、外絕緣故障。

1.1 動力電池包外絕緣檢查

由于電池包與整車是通過螺栓固定，整車與電池殼體形成一體，判斷電池包絕緣可以在不用拆卸電池包進行。舉升機舉起電池包，拔掉電池包高壓慢充、快充接插件及安全開關，用絕緣檢測儀依次檢測電池包端高壓慢充、快充、安全開關的正、負極與車身的電阻，按照國家絕緣標準及各車企實際情況，其絕緣電阻一般要求不小于20兆歐[2]。若絕緣電阻低于標準值，則電池包內存在絕緣故障。

1.2 動力電池包內絕緣檢查

動力電池包內絕緣檢查按照故障原因可以分為液體、機械兩部分。[1]

（1）液體的排查，液體排查可以分為兩部分：水和冷卻液的排查

若電池包內部底板有水或者水干后的痕跡，檢查電池包底板是否存在焊接裂紋、縫隙等，若出現(xiàn)電池包底板破裂故障需要直接換電池包底板;高壓線束、低壓線束外殼接口是否固定到位，由于在行駛過程中抖動厲害，接插件在未安裝到位情況下可能會出現(xiàn)松動情況，行駛積水路段可能導致電池包進水報絕緣故障，服務站維修時重新安裝低壓接插件等部件，并檢測電池包氣密性。

若電池包內含有冷卻液，按照以下方向排查：檢查電池包冷卻板是否被電池模組壓破;若電池包內含有上下兩層電池模組，檢查上層冷卻板的定位銷是否脫落，通常定位銷脫落會導致上層冷卻水板歪斜，進而導致電池模組擠破到冷卻板匯流岔口處;檢查冷卻管路是否有破損的地方。電池包進水或者冷卻液可能會導致打火燒蝕、電池模組單體電池短路等故障[3]。凡是出現(xiàn)該類故障，都需要重新評估電池模組性能，由于服務站缺乏評估能力，維修通常是更換電池模組。

（2）機械的排查，機械部件的排查可以依次按照配電銅排、采樣線束、電池管理控制器來進行

電池包的電池模組是由銅排連接，若觀察到銅排磨破，應該立即更換;觀察電池管理控制器的電壓采集接插件是否松動或者出現(xiàn)退端子情況，若出現(xiàn)退端子情況應立即更換[4];若接插件出現(xiàn)歪針情況，矯正后重新插上;若采樣線束松動重新插拔并做輕微的回拉動作來保證插拔到位;部分車企將絕緣檢測芯片置于電池管理控制器中，若需驗證是否是絕緣檢測芯片問題，找相同車型的電池管理控制器互換驗證是否是電池管理控制器的問題，更換電池管理控制器時需要做ABA驗證，即需要用新件代替舊件消除故障，再換上舊件做故障復現(xiàn)，排除采樣線束接插不良情況導致的誤判。絕緣故障維修完畢后，使用診斷儀查看故障碼是否存在;最后維修人員還需要對拆封電池包進行氣密性檢測。

2 預充電故障

根據(jù)電動汽車和人體安全標準，對于高于60V的高壓系統(tǒng)上電過程至少需要100ms，電動汽車在高壓上電過程中需要進行預充電來避免高壓大電流沖擊。純電動汽車預充電過程是為電機控制器中的大電容進行充電，達到減少繼電器在瞬間閉合時火花拉弧對高壓回路和安全性的影響[5]。預充電管理系統(tǒng)主要由電機控制器大電容、主正、負繼電器、預充繼電器、預充電阻、高壓系統(tǒng)部件組成。按照部件故障分類可以分為三大類：電容故障、繼電器故障、高壓系統(tǒng)部件故障。

2.1 電容故障維修

新能源汽車預充電過程中電容故障通常有三種失效模式：擊穿故障、開路故障、電參數(shù)退化故障[6]。電容擊穿故障：由于制造工藝不良，生產(chǎn)過程中一致性較差，個別電容介質中存在瑕疵、缺陷、雜質或導電離子。預充電過程中電容漏電流大，溫度逐漸增加，絕緣強度降低，嚴重時會導致電容被擊穿，使得預充回路的電流增大，電阻放熱量增加，燒壞電阻，電容擊穿故障伴隨著電阻燒壞故障。電容開路故障：線與電極接觸不良或者絕緣、或者因為環(huán)境因素導致的線被腐蝕而斷路。該種情況會導致電容Rc參數(shù)變化，可能會影響電容電壓增長速度慢于預期電壓導致的故障[7]。電容參數(shù)退化故障：使用過程中電極的電化學腐蝕及有害離子的影響都會造成電容參數(shù)退化，影響預充結果。由于維修站目前并不具備維修電子元器件的能力，維修時需要更換電機控制器。

2.2 繼電器故障

預充回路中繼電器故障可以分為電氣故障、機械故障[8]。其中電氣故障是由于新能源汽車預充電路中的主正、負繼電器及預充繼電器的控制方法，基本都是通過控制觸電吸合時吸合電流來達到快速吸合的目的[9]。

2.2.1 電氣故障

預充電過程中電氣故障包括控制信號失效故障、觸點電磨損故障?？刂菩盘柺Ч收现饕腥惞收希哄e誤的閉合命令故障、控制信號端對地及12V電源短路故障、控制信號端開路故障。故障一可能是由于新能源汽車控制器軟件版本更新升級快，部分用戶在服務站保養(yǎng)時升級的電池管理控制器及整車控制器軟件不匹配導致，維修員可以用診斷儀進入系統(tǒng)，查看繼電器是否報常閉或者常開故障、核對兩個控制器軟件版本是否是最新版;故障二可能是由于安裝過程中碰傷驅動低壓線束導致短路，需要用萬用表檢測控制信號端對地、電源的導通性，觀察控制端線束的外觀是否良好，若線束漆包線破損直接用電工膠布包裹維修即可;故障三可能是由于裝配過程中安裝線束時用力過大將線束拉斷導致，需要檢測線束導通性。觸點電磨損故障由于繼電器工作時電弧放電產(chǎn)生高溫，觸點產(chǎn)生磨損，嚴重時會產(chǎn)生拉弧短路燒蝕[10];針對電磨損故障需要拆包檢查繼電器觸點是否有磨損燒蝕現(xiàn)象，更換繼電器維修即可。

2.2.2 機械故障

預充電過程中機械故障包括觸點機械磨損故障、觸點變形故障、外部沖擊故障。觸點機械磨損故障通常出現(xiàn)在用戶頻繁使用新能源車上下電工況時發(fā)生，由于觸點一直在閉合和斷開過程，兩觸點間的滑動摩擦導致觸點磨損，針對該故障需要觀察觸點磨損情況，及時更新維護，并指導用戶避免車輛短時間內頻繁上下電操作。觸點變形故障通常是由于安裝時端子受力較大導致觸點產(chǎn)生變形;外部沖擊故障通常是物流運輸及裝配過程中沖擊導致繼電器內部結構損壞[11]。針對機械故障導致繼電器不能使用，通常都是更換繼電器維修。

2.3 高壓系統(tǒng)部件故障維修

高壓系統(tǒng)部件主要由充電機、DC/DC、PTC、空調壓縮機等組成。電動車高壓預充電時，若預充回路的電流過大會導致預充電阻分壓明顯，電機控制器處的電容電壓達不到標準電壓，進而造成預充電失敗[12]。通常造成預充回路電流過大是由于高壓系統(tǒng)中其他高壓部件內部短路導致，需要逐個檢查高壓系統(tǒng)部件。依次斷開高壓系統(tǒng)部件，并將高壓系統(tǒng)部件線束端高壓互鎖針腳用回形針短接避免系統(tǒng)報高壓互鎖故障。鑰匙上電，用診斷儀進入BMS系統(tǒng)查看數(shù)據(jù)，若電機控制器處電容電壓能上升至動力電池電壓90%，認為預充電過程完成[13]。進而反推出該系統(tǒng)部件內部短路是導致預充電失敗的根本原因，直接測量該系統(tǒng)部件的內部電路電阻判斷是否是內部短路故障導致。

3 結語

新能源汽車的發(fā)展已成必然趨勢，隨著新能源汽車保有量的日益增加，售后質量問題增速明顯，尤其是高壓故障，在對新能源高壓故障進行維修時，不僅要理解其檢測原理同時也要識別其失效模式。系統(tǒng)全面的了解高壓系統(tǒng)絕緣故障、預充電故障不僅可以減少汽車的安全隱患，也能促進新能源汽車售后市場的發(fā)展。

參考文獻

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