純電動商用車絕緣故障分析

張佳佳，郭凡，何田，同曉光

（陜汽集團商用車有限公司 研發中心，陜西 寶雞 721013）

1 引言

純電動汽車動力源為高壓動力電池，由動力電池輸出高壓電，經電機控制器轉換后驅動主電機帶動車輛運行，同時為制動、轉向、PTC、空調等輔件系統提供動力源。整車高壓電路是車輛動力傳輸系統的關鍵。本文通過故障實例分析了高壓回路絕緣類故障產生的原因及對整車運行的影響，介紹絕緣類故障的常見排查方法與優化方案。

2 故障現象

某純電動車在市場運行過程中儀表顯示絕緣故障[1]，車輛限扭矩或直接下電停車，無法運行，重啟后故障依然存在。

3 整車高壓絕緣檢測邏輯

高壓部件的防護主要包括防水、機械防護及高壓警告標識等。尤其是布置在機艙外的部件，如電機及其控制系統、電動空調系統、DC/DC電壓轉換器、車載充電機等以及它們中間的連接接口，都需要達到一定的防護等級，電動車整車基礎布置如圖1所示。高壓部件應具有高壓危險警告標識，以警示用戶與維修人員在保養與維修時注意這些高壓部件。為提示和警示用戶與維修人員，高壓線束應采用橙色線纜并用橙色波紋管對其進行防護[2]。并且所選高壓連接器防護等級應不低于IP67等級。

純電動車絕緣檢測一般由電池管理系統（BMS）進行絕緣檢測，檢測方法一般為電橋平衡法。若電池管理系統檢測到整車回路中出現絕緣故障，即上報整車控制器（VCU），由整車控制器進行下電或停車指令下發。當汽車高壓附件設備發生絕緣、短路時，高壓管理系統會通過對接觸器觸點和相關控制接觸器閉合的有效指令進行綜合判定，若檢測出相關電路故障，儀表會發出聲光報警以提示駕駛員。

圖1 純電動汽車高壓系統框圖

純電動車絕緣故障分為三個等級，一級500Ω/V[3]，二級300Ω/V，三級100Ω/V；一般故障處理邏輯為：

一級故障進行報警提示；

二級故障進行報警提示，并對車輛限速；

三級故障進行報警提示，并對車輛限速，按車輛狀態進行強制延遲下電。

4 故障原因排查

純電動車報絕緣類故障多發于下雨天或洗車后，一般檢修排查需穿戴絕緣防護裝置。排查步驟如下：

（1）處理電動車絕緣類故障優先斷開車輛高壓回路快斷器（MSD），保證車輛高壓回路處于斷開狀態；

（2）根據不同車型高壓回路布置，一般優先對電池、電機控制器等高壓電器接插件進行目測排查，檢查是否有明顯未插緊進水或線束明顯磨損破皮等情況；若插件存在未插緊進水或高壓線束破皮情況，則此處可能為絕緣故障點，如圖2所示：

圖2 高壓插件未插緊照片

圖3 測絕緣電阻

（3）若無明顯進水點或破皮情況，則可斷開整車動力電池高壓插件，分別測量電池端和線束端對地阻值，若電池端阻值小于標準值即為電池發生絕緣故障；若電池正常，線束端阻值異常，則再次分步斷開下一級高壓電器件，再次測量，直至測量到最小拆分件，則該件為絕緣故障件；

（4）絕緣測試只能在不通電的電路上進行，按圖3所示設定絕緣電阻測量；

（5）若電池端阻值正常，線束端異常，則根據實際車型高壓回路走向，斷開下一高壓節點進行測量。直至明確故障點。

亦可從高壓回路中某處方便操作點斷開高壓回路，再分別測試斷開高壓回路兩端的阻值，對于低于標準阻值端繼續拆分測量。

備注：電機控制器（空壓機控制器、轉向控制器）等內部存在電容模塊，需在電容完全放電后進行絕緣測量，且因電容原因，實際測量阻值小于（用500V測試絕緣，阻值在MΩ級別以上，且在持續增加）絕緣檢測標準，一般屬正常情況。

5 解決方案

由于絕緣類故障屬軟故障類，不易對故障點進行快速準確定位。一般絕緣故障處理方案如下：

（1）零部件進水絕緣，直接更換零部件；

（2）線束破皮絕緣，直接更換故障線束；

（3）高壓連接器對插處進水絕緣，對于輕度故障（一級或二級），可在確定故障原因為未插緊后，現場對水漬擦拭（穿戴防護設備）或晾干后即可恢復；

（4）對于線束質量問題或線束端插接尾部進水等情況，需更換線束。

通過擦拭水漬或風機吹干等方式可對絕緣故障進行臨時處理，最終需在查明故障原因后針對性進行處理，不能通過臨時吹干或晾干等方式處理后直接交付客戶。

6 結論

根據不同車型，不同高壓拓撲及原理設計，純電動車絕緣類故障可能原因如下：

（1）選用高壓零部件防水等級較低，車輛淋雨或洗車后出現零部件進水導致車輛絕緣故障；

（2）高壓線束磨損破皮，高壓線芯與車架/屏蔽層等搭鐵導通，導致車輛絕緣故障；

（3）高壓插件處未插緊，插件無密封及防水性，導致插件處進水絕緣；

（4）高壓插件防水等級不足或線束廠家制作存在質量問題，淋水后導致插件進水絕緣；

（5）高壓插件布置在濕區，長時間淋水導致水漬滲入后絕緣；

（6）高壓零部件內部易出現高低溫變化導致，環境溫差較大，若內部空腔濕度較大，可能導致內部空腔水蒸氣冷凝至高壓連接處，造成車輛絕緣故障；

（7）人為操作問題，充電后未關閉充電插座蓋子等；

（8）車輛誤報絕緣故障。

根據上述可能產生絕緣故障原因，可通過前期設計、車輛生產、售后服務等多階段進行預防及規避。對應預防或處理方案如下：

（1）純電動車整車由高壓進行驅動，在高壓零部件設計選型時，應綜合考慮車輛運行區域，運行環境，零部件布置位置。對于濕區或外露零部件，一般高壓電器件防護選擇IP67以上，干區高壓零部件可適當減低；

（2）電動車高壓電纜一般采用單芯[4]或多芯[5]屏蔽電纜，需外加波紋管進行防護，并綜合考慮線束走線應不與其他零部件發生干涉或相對運動，高壓走線應避開高低溫油管氣管等；

圖4 連接器插件到位示意圖

（3）純電動車電纜連接為保證方便檢修及插拔，一般選用快插連接器，部分快插連接器有互鎖功能。可通過檢測互鎖狀態判斷插件插接是否到位，如圖4所示。車輛生產過程、售后過程中都可能出現因人工插接不到位等情況，導致插件處進水絕緣插件未插接到位也可能導致連接處虛接，大電流通過后可能出現燒毀或起火等情況；

（4）電動車高壓插件一般選擇防護等級不小于IP67；所有高壓連接器都有針對線束廠做線的工藝指導說明書，要求線束廠家按做線工藝要求制作即可。且裝車后走線平順，插件尾部線束無較小折彎角；

（5）電動車整車高壓線束走線應考慮連接處避開濕區，避免連接器長時間淋水導致絕緣故障；

（6）部分高壓設備（如電機、電機控制器等）內部存在外漏高壓電纜等情況，若設備經常出現高低溫變化，可能造成內部水汽凝結導致絕緣，可通過前期對高壓設備運輸、儲存時進行防水保護，并在內部增加導流等結構避免有水汽或水汽冷凝導致絕緣情況；

（7）可在前期設計階段對充電插座處增加防護罩或防護殼，并引導客戶正確使用；

（8）純電動車絕緣檢測一般由電池管理系統（BMS）進行絕緣檢測，若電池管理系統（BMS）絕緣檢測模塊出現故障，可能導致車輛誤報絕緣故障。