2019款北京現(xiàn)代索納塔插電混動車動力系統(tǒng)報警

◆文/浙江葉飛武技能大師工作室 葉飛武

故障現(xiàn)象

一輛2019年生產(chǎn)的北京現(xiàn)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(huán)的混合動力車型專用汽油發(fā)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(jù)車主反映，該車在行駛過程中，混合動力系統(tǒng)報警（儀表彈窗顯示“請檢查混合動力系統(tǒng)”或“請安全停車后熄火 檢查混合動力系統(tǒng)”），同時混合動力系統(tǒng)和發(fā)動機系統(tǒng)故障警告燈突然亮起（圖1），動力系統(tǒng)受到控制模塊的邏輯限制，但車輛依舊能繼續(xù)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(tài)，一鍵啟動電源OFF后再次上電可以進入READY狀態(tài)繼續(xù)行駛。

圖1 儀表顯示的故障現(xiàn)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(tài)切換至ON狀態(tài)時，車輛控制模塊自檢車輛各系統(tǒng)，儀表顯示車輛當前狀態(tài)正常。操作車輛進入READY狀態(tài)，車輛各系統(tǒng)也沒有出現(xiàn)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(xù)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(xiàn)明顯的故障，混合動力系統(tǒng)報警（儀表臺上的彈窗顯示“請檢查混合動力系統(tǒng)”或“請安全停車后熄火，檢查混合動力系統(tǒng)”）。同時，混合動力系統(tǒng)和發(fā)動機系統(tǒng)故障警告燈亮起，動力系統(tǒng)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(tài)），故障車有時會立即退出READY狀態(tài)。出現(xiàn)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(tài)并繼續(xù)行駛。通過驗證故障與描述的故障現(xiàn)象基本一致。

用北京現(xiàn)代專用診斷儀（GDS Mobile）掃描車輛全車電控系統(tǒng)，結果發(fā)現(xiàn)BMS（高電壓動力電池管理系統(tǒng)）、CGW（通信網(wǎng)絡中央網(wǎng)關）和AIRCON（電動空調系統(tǒng)）三個系統(tǒng)中存有多個故障碼（圖2）。BMS系統(tǒng)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(tǒng)記錄了故障碼B221100-與BMS的CAN通信中斷。AIRCON系統(tǒng)記錄了故障碼B1696-壓縮機工作狀態(tài)故障。

圖2 故障車上存儲的故障碼

另外，查看數(shù)據(jù)流（圖3）發(fā)現(xiàn)，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(jiān)測過程中還發(fā)現(xiàn)動力電池模塊溫度和單體電芯的電壓數(shù)據(jù)偶爾還存在跳變的異常情況。

圖3 故障車動力電池數(shù)據(jù)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(lián)連接。動力電池的電壓和溫度由電池單模組內部的監(jiān)測單元CMU負責監(jiān)測，CAN數(shù)據(jù)收發(fā)單元BMU進行收發(fā)，每個單模組由電池CAN網(wǎng)絡（電池局域CAN）與BMS模塊連接傳遞數(shù)據(jù)。同時，BMS模塊與車輛CAN網(wǎng)絡（H-CAN（CGW）P-CAN）共享數(shù)據(jù)，BMS模塊根據(jù)系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)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(wǎng)絡簡圖

根據(jù)上述檢測和相關系統(tǒng)工作原理，對故障車的故障原因進行分析：

1.觸發(fā)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(jiān)測單元CMU、CAN通信收發(fā)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(shù)據(jù)；

2.觸發(fā)故障碼B221100，是H-CAN/P-CAN通信正常時，CGW網(wǎng)關模塊持續(xù)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(wǎng)絡的BMS模塊CAN網(wǎng)絡支路出現(xiàn)斷路或接觸不良所致；

3.觸發(fā)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(jù)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(tǒng)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(wǎng)絡進行波形檢測，發(fā)現(xiàn)波形不符合高速CAN網(wǎng)絡特征，最小值和最大值稍有偏差，且變化規(guī)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(wǎng)絡波形對比

對AIRCON系統(tǒng)的故障碼“B1696-壓縮機工作狀態(tài)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(jù)故障現(xiàn)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(wǎng)絡波形異常作為突破口進行分析，由于電池CAN網(wǎng)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(wǎng)絡信號是否被干擾。該車電池CAN網(wǎng)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(wǎng)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(chǎn)生如此強大的干擾源呢？唯一可能的是高電壓系統(tǒng)的某個強電流部件存在工作異常。對該車高電壓系統(tǒng)所有部件進行逐一排查，尤其是高電壓部件。通過排查發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)象未再出現(xiàn)，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(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”，但隨著電控系統(tǒng)在汽車中的應用越來越廣泛，跨系統(tǒng)或系統(tǒng)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(yī)腳，腳痛醫(yī)頭”往往會有意想不到的效果。

本案例中，故障車的故障現(xiàn)象比較特殊。正常情況下，高電壓部件絕緣異常時，BMS系統(tǒng)會觸發(fā)“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(tài)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(tài)、BMS系統(tǒng)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(fā)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(chǎn)生輕微的“吱～”連續(xù)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(tǒng)電池CAN網(wǎng)絡并引發(fā)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(fā)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。