新能源車輛高壓電池熱管理故障排查

王 力

（中通客車控股股份有限公司，山東 聊城 252000）

新能源車輛電器系統是集高、低壓電器及總線通訊網絡為一體的綜合電器系統，新能源車輛電器問題是對故障維修人員一個全面知識的考查，本例車輛經高壓電池廠家、動力系統廠家等組織人員進行多次排查，均不能排除故障，造成該車帶病運行半年之久，后經過筆者現場檢查分析，最終找到產生問題的真正原因，作為疑難故障的排除案例，該例維修過程及思路可供新能源車輛故障維修排查借鑒參考。

1 車輛故障現象

某品牌10 m混合動力商用客車 （由高壓電池和驅動電機提供輔助動力），故障現象如下。

1）接通點火開關，動力電池熱管理系統內部風扇運轉正常，車輛正常起動后，其中一只散熱風扇立刻停止，另外一只散熱風扇運轉正常。

2）在車輛運行過程中，電池溫度＞28℃的情況下，任意一只風扇停轉或兩只散熱風扇均停止運轉，均不能自己恢復運轉。

3）在車輛運行過程中，電池溫度高于28℃的情況下，首先一只散熱風扇停轉，持續一段時間后，另外一只風扇也停止工作。

4）故障車輛儀表不定時顯示混合動力和高壓電池高溫故障。

故障說明：①電池熱管理系統同一回路中并聯的兩只散熱風扇，隨機性出現停轉；②任何一只或兩只散熱風扇停止運轉后，風扇自身不能恢復運轉，必須重新上電才能恢復運轉，在運轉過程中，仍會出現風扇停止運轉的問題。

2 檢查過程

該車型為混合動力客車，采用發動機+高壓電機的同軸雙動力驅動系統，高壓電機由車輛內部的高壓電池提供能源，高壓電池熱管理系統采用風冷散熱方式，高壓電池散熱風扇如圖1所示。經查詢技術資料，動力電池的內部散熱風扇由單只繼電器控制，兩只風扇采用并聯連接方式，動力電池散熱風扇的工作條件是：BMS電池管理系統主板采集電池內部的溫度信號，當動力電池內部溫度高于28℃時，BMS發出控制信號，接通風扇繼電器線圈，繼電器觸點吸合，兩只風扇同時通電工作為動力電池散熱。

接著，對風扇繼電器電路進行了檢查，發現當風扇一只或兩只均停止運轉的情況下，風扇兩端的電壓始終為27.7 V，為防止虛電壓現象，在散熱風扇兩端并接一只2 W燈泡，當風扇工作或停止運轉時，燈泡始終是點亮的，且亮度沒有明顯的明暗變化，萬用表顯示風扇兩端的電壓始終穩定在27.7 V左右。

初步判斷的結果集中在電池風扇本身，但是，駕駛員反映當前車上的高壓電池不是原車電池，是從另一臺同樣的新能源車輛替換過來的，原車電池換到另一輛新能源車輛上也能正常工作，咨詢電池廠家關于散熱風扇的技術參數問題，但是配套廠家不知是出于保密或是其他的原因，對自身采用散熱風扇的技術參數不太清楚，電池廠家采用了新的國產散熱風機，并且是無刷風機。經查詢，無刷風機不同于常規的有刷電機，無刷風機增加了保護電路，例如：輸入過壓保護、輸入欠壓保護、過載保護、過流保護等功能，它對電源供電的要求特別高，輸入電壓過高、過低、紋波干擾等，均會造成無刷電機保護停轉。

圖1 高壓電池散熱風扇圖

3 電器線路檢查

3.1 低壓電器線路檢查

系統配電盒原理如圖2所示，混合動力系統線束圖如圖3所示。根據上述情況，決定首先解決過壓問題。由于瞬間的干擾和高電壓是不能通過常規的萬用表檢查出來的，加上現場的維修條件有限，只能采用費時、費力的方法來驗證電源過壓的問題。首先檢查動力電池散熱風扇供電的電源線路，24 V常電經過30 A熔斷絲和電池風扇繼電器，連接至電池箱體航空插接器12腳，負極腳位是14腳，線號為9-5，中間經過插接器3-1，3-2；電傳動熔斷絲盒插接器A；電池箱插接器HD-36-19SE連接至高壓電池內部。

圖2 系統配電盒原理圖

圖3 混合動力系統線束圖

圖4 24 V發電機安裝位置圖

低壓線路排查后，繼續更換了存在問題車輛的24 V發電機，經起動車輛實驗，起動車輛風扇運轉正常，但是在車輛起步時，其中一只風扇繼續停轉，說明停轉保護不是由車輛低壓電路輸入電壓過高造成的，因此只能恢復原車發電機。24 V發電機安裝位置見圖4。

既然電池散熱風機不是過壓造成的保護，接著檢查風機是否過載，采取措施將兩只風機首尾連接，串聯后，兩只風機各分得一半的電源電壓，轉速下降，運轉電流減小，車輛準時發車，駕駛員收車后反映，電池風扇運轉正常，沒有出現停轉現象。我們對車輛再次進行排查發現，正如駕駛員說的，風扇一直工作正常，車輛運行了一上午，沒有出現電池風扇停轉問題，于是，將檢測過程中的所有電路恢復，準備跟車測試，結果，風扇再次出現停轉現象，檢修工作陷入僵局。

總結分析：如果原車電源受到干擾污染，就會直接影響無刷電機的運行，接著，我們自另外一臺相同的新能源車輛連接24 V蓄電池，單獨為電池風扇供電，測試結果非常意外，風扇供電連接獨立的24 V電源后，在起動瞬間，電池風機立刻停轉；將獨立的24 V電源直接連接至風扇插頭兩端，車輛起動后，風扇不會出現停轉現象；先后經過更換發電機、限制發電、外接24 V電源等措施，均不能消除電池散熱風扇停轉的現象，說明原車24 V低壓電源系統基本正常，故障部位鎖定在高壓系統中。

3.2 高壓電器線路檢查

維修發現，在動力電池19針插頭 （Connect HD-36-19SE）附近，人為的連接了一根搭鐵線 （圖5），搭鐵線的一端連接到電池外殼，這也是該車與其他車輛電器線路的唯一區別，如果斷開該處的外殼搭鐵線，整車通訊就會出現故障。我們重新梳理檢修過程及步驟，當在動力電池插頭部位連接獨立的24 V電源后，雖然理論上與原車供電隔離，但是該處的外殼接搭鐵線，相當于并沒有與原車脫離，而直接連接電池內部風扇插接器時，相當于與原車電路徹底隔離，此時，風扇運轉正常，說明原車搭鐵線已被污染。按照這個思路，在低壓電器系統正常的情況下，我們繼續檢查車輛的高壓系統。高壓電機接線端子見圖6。

圖5 高壓電池箱電器圖

圖6 高壓電機接線端子圖

首先檢查電機三相交流線，打開電機接線端子，用普通萬用表測量三相交流線與車身之間的電阻，結果發現，每一根三相交流線的搭鐵電阻均為1.8 Ω，說明原車交流高壓電路對車身外殼存在嚴重的短路現象。根據由簡到繁的原則，依次拆除電機端三相交流線，分別測量電機端與逆變器端的搭鐵電阻，電機端三相交流線的搭鐵電阻依次為：U相線搭鐵電阻為∝大，V相線搭鐵電阻為∝大，W相線搭鐵電阻為∝大；逆變器端三相交流線的搭鐵電阻依次為：U相線搭鐵電阻為∝大，V相線搭鐵電阻為∝大，W相線搭鐵電阻為1.8 Ω；說明W相線對車身存在嚴重短路現象，為確定最終故障部位，繼續對驅動電機逆變器進行了拆檢。

電機逆變器接線端子見圖7。打開電機逆變器上蓋，發現逆變器內部三相線中，W相線端子壓接處用絕緣膠帶纏繞，明顯與U、V相線端子壓接處不同，為進一步查找原因，繼續對W相線端子進行拆檢，發現端子部位做工十分粗糙，有人工維修的痕跡，造成W相線與外層抗干擾屏蔽層短路，此處為故障點。 W相線內部接線端子見圖8。

圖7 電機逆變器接線端子圖

4 處理方案

1）臨時措施 為消除線路干擾，保障車輛的正常運營，剪去逆變器端外部屏蔽線，采用單端搭鐵屏蔽的方式進行連接。處理完畢后現場測試，動力電池內部風扇不再出現異常停轉現象，車輛運行一段時間后，儀表不顯示混合動力和高壓電池故障，說明該措施可以保證車輛臨時運營不出現問題。

2）永久措施 為確保車輛安全及零部件的可靠性，后續由售后服務人員更換新的電機高壓線路。同時，對修復完畢的車輛，進行了車輛遠程監控歷史和當前數據采集和跟蹤驗證。

圖8 W相線內部接線端子圖

5 問題分析與總結

新能源車輛線路干擾現象是一個較為復雜的問題，本例檢修過程走了很多彎路，經過多輪排查，出現故障時，風扇兩端的電壓穩定，因此，故障原因鎖定在干擾問題上。針對干擾問題的排查均集中在低壓電器系統上，先后替換電源及相關電路，更換搭鐵線位置，更換低壓發電機，采用外部低壓供電等；更換了大量的零部件，走入故障維修的誤區。

排除高壓系統的原因在于維修過程中將高壓電池及電機通訊都切斷，錯誤地認為高壓系統會停止工作，由于實際故障依然出現，所以高壓系統被排除在外。因為忽視了高壓系統一個重要的細節，驅動電機的類型是永磁同步電機，永磁同步電機的磁極是稀土材料，其磁場恒定且不受外界控制的，并且該車型的驅動電機和發動機是同軸布置的，所以，不論是高壓電機起動車輛或24 V起動機起動車輛，高壓電機主回路始終是工作的，U、V、W三相高壓線同樣會輸出高壓電，存在問題的W相高壓線路將屏蔽層與電源直接壓接在一起，W相高壓線與高壓電機連接，屏蔽層與車身外殼連接，造成電機的高壓電串入整車車身搭鐵線，低壓24 V搭鐵線被高壓交流電污染，造成搭鐵線電位出現脈動現象，直接影響高壓電池熱管理系統內部無刷風扇的運轉，同時車身附帶交流高壓電后，存在一定的高壓安全隱患。該故障的特殊之處在于交流高壓端搭鐵短路，而線路中只有高壓直流絕緣電阻檢測，無法直接發現搭鐵線被高壓交流污染，造成車輛帶病運行。W相線是連接電機與電機控制器之間的高壓連接線，現場處理時，剪去W相線電機控制器一端屏蔽層，形成電機單端屏蔽，使W相線與車身絕緣隔離，作為永久處理措施，必須更換新的電機高壓線路。