新能源汽車高壓系統(tǒng)故障診斷及維修技術(shù)探究

文/塔月月 ，鄭思坤

[1．科伯舒特(蘇州)汽車科技有限公司長(zhǎng)春分公司，吉林長(zhǎng)春 130000；2．重慶金康動(dòng)力新能源有限公司，重慶400000]

相較于傳統(tǒng)燃油汽車，新能源汽車更契合綠色環(huán)保的發(fā)展理念。新能源汽車的使用能夠有效減少環(huán)境污染，因此被人們廣泛接受。新能源汽車主要是通過(guò)高壓電作為驅(qū)動(dòng)力，汽車內(nèi)部存在遠(yuǎn)超人類承受范圍的高電壓。新能源汽車的高壓系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，就會(huì)嚴(yán)重影響汽車正常行駛，甚至?xí)?duì)人們的生命安全造成威脅。因此，維護(hù)人員必須對(duì)新能源汽車高壓系統(tǒng)的故障診斷和維修技術(shù)給予高度重視。

1.動(dòng)力電池絕緣故障

1.1 外包絕緣檢查

新能源汽車的電池包通常是利用螺栓固定在車體內(nèi)部的，從而與車體形成整體。維護(hù)人員在檢查電池包絕緣性時(shí)，只要將電池包舉起，關(guān)閉開(kāi)關(guān)并拔掉外部插件，就可以利用檢測(cè)儀對(duì)其各個(gè)電阻進(jìn)行逐一檢查。[1]根據(jù)我國(guó)新能源車的相關(guān)絕緣標(biāo)準(zhǔn)可知，電池包電阻應(yīng)該處在20兆歐以上。如果經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)電池絕緣阻值低于標(biāo)準(zhǔn)要求，則表示該絕緣部分存在故障。

1.2 內(nèi)包絕緣檢查

新能源汽車的內(nèi)包絕緣檢查主要包括液體和機(jī)械兩個(gè)部分。

（1）液體檢查。液體檢查可以進(jìn)一步劃分為水和冷卻液的檢查。如果在檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)電池包底板出現(xiàn)了大量液體，或者存在水干痕跡，維護(hù)人員就必須對(duì)底板是否存在裂紋進(jìn)行嚴(yán)格確定；如果發(fā)現(xiàn)存在故障，要及時(shí)進(jìn)行修復(fù)或更換，隨后要嚴(yán)格檢查外部接口是否固定到位。針對(duì)汽車在行駛過(guò)程中的強(qiáng)烈抖動(dòng)，或者經(jīng)過(guò)積水路面時(shí)的電池包進(jìn)水問(wèn)題，維護(hù)人員在維修過(guò)程中需要對(duì)低壓插件等相關(guān)部件進(jìn)行重新安裝，同時(shí)也要對(duì)電池包的氣密性進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)。

如果電池包內(nèi)存在冷卻液，維護(hù)人員需要根據(jù)以下步驟進(jìn)行排查。首先，維護(hù)人員應(yīng)該排查電池模組壓破電池包冷卻板的可能性。如果電池包內(nèi)設(shè)置兩層電池模組，維護(hù)人員就需要對(duì)上層電池模組冷卻板是否存在定位銷脫落進(jìn)行檢查，因?yàn)樯蠈永鋮s水板在定位銷脫落之后容易出現(xiàn)歪斜現(xiàn)象。維護(hù)人員還需對(duì)冷卻管路是否存在破損現(xiàn)象進(jìn)行檢查。電池包中一旦進(jìn)入冷卻液或水等液體，就會(huì)引發(fā)打火燒蝕故障，或者引發(fā)電池模組單體電池短路。[2]在一一解決上述故障之后，維護(hù)人員需要針對(duì)電池模組性能進(jìn)行重新評(píng)估，現(xiàn)實(shí)中常見(jiàn)的處理措施是更換電池模組。

（2）機(jī)械排查。維護(hù)人員在進(jìn)行機(jī)械部件檢查過(guò)程中，可以按照配電銅線、采樣線束、電池管理控制器的順序進(jìn)行逐步摸排。

電池包內(nèi)部通常由銅排來(lái)連接各個(gè)電池模組，維護(hù)人員如果檢查發(fā)現(xiàn)銅排存在磨破等現(xiàn)象，要及時(shí)進(jìn)行換新。檢查中，維護(hù)人員還需要對(duì)電池控制器是否存在電壓采集接插件松動(dòng)或者出現(xiàn)退端子等情況給予關(guān)注，及時(shí)換新退端子。插接件出現(xiàn)歪針現(xiàn)象后，維護(hù)人員要及時(shí)予以矯正，并重新插接。如果采樣線束存在松動(dòng)現(xiàn)象，維護(hù)人員就在重新插接后輕微回拉，以此來(lái)保障線束插接到位。一部分新能源汽車廠商會(huì)在電池管理控制器中放置絕緣檢測(cè)芯片，如果需要對(duì)此芯片進(jìn)行檢測(cè)，那么維護(hù)人員可以將車型相同的電池控制器互換后進(jìn)行檢查。在此過(guò)程中需要注意的是，電池控制器互換過(guò)程中需要完成ABA驗(yàn)證，也就是將原有舊件利用新件替代來(lái)完成故障排除，最后將舊件重新安裝以實(shí)現(xiàn)故障重現(xiàn)，這樣就可以有效排除采樣線束插接不良等問(wèn)題。完成絕緣故障維修后，維護(hù)人員需要利用診斷儀檢測(cè)是否存在故障碼，然后對(duì)電池包氣密性進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)。

2.預(yù)充電故障

電動(dòng)汽車首先需要進(jìn)行預(yù)充電才能進(jìn)行高壓上電，這樣才能避免在充電過(guò)程中電動(dòng)車受到高壓大電流沖擊。[3]預(yù)充電過(guò)程本質(zhì)上是對(duì)電機(jī)控制器電容進(jìn)行充電的過(guò)程。預(yù)充電可以有效預(yù)防繼電器瞬時(shí)閉合過(guò)程中產(chǎn)生火花拉弧而影響高壓回路的安全性。

2.1 電容故障分析

新能源車預(yù)充電過(guò)程中通常會(huì)出現(xiàn)擊穿故障、開(kāi)路故障以及電容參數(shù)退換故障等三種失效故障。電容擊穿故障的主要原因是：廠家制造工藝不成熟，在生產(chǎn)過(guò)程中并未形成較強(qiáng)的一致性，導(dǎo)致個(gè)別電容介質(zhì)存在雜質(zhì)、缺陷和導(dǎo)電離子等。在進(jìn)行預(yù)充電的過(guò)程中，電容會(huì)存在較大的漏電流，導(dǎo)致溫度逐步上升，影響絕緣強(qiáng)度。在絕緣強(qiáng)度較大的情況下，電容很可能會(huì)被擊穿，從而導(dǎo)致預(yù)充回路中電流不斷增加，電阻的放熱量也會(huì)進(jìn)一步增加，直至被燒壞。

開(kāi)路故障的主要原因是：電極與線路之間存在接觸不良或者兩者絕緣，抑或環(huán)境因素引發(fā)的線路腐蝕或斷路故障。該故障一旦出現(xiàn)，電容參數(shù)也會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生變化，從而導(dǎo)致電容電壓增長(zhǎng)無(wú)法滿足預(yù)期電壓。

電容參數(shù)退化故障主要指的是，電容電極受到有害離子和電化學(xué)腐蝕的影響出現(xiàn)的參數(shù)退化現(xiàn)象，導(dǎo)致電容使用效果無(wú)法達(dá)到預(yù)期。目前，大部分電動(dòng)車維修站在電子元器件方面的維修能力相對(duì)較差，因此維護(hù)人員通常會(huì)采取更換電機(jī)控制器來(lái)排除故障。

2.2 繼電器故障

2.2.1 電氣故障

電動(dòng)汽車充電過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)控制信號(hào)失效、觸點(diǎn)磨損等故障。控制信號(hào)失效故障主要包括錯(cuò)誤閉合命令、故障信號(hào)端對(duì)地、控制信號(hào)端開(kāi)路故障等。錯(cuò)誤閉合命令故障通常是由于汽車控制軟件升級(jí)過(guò)快，導(dǎo)致用戶車輛電池控制器與控制軟件的不匹配。[4]針對(duì)該類故障，維護(hù)人員可以通過(guò)診斷儀來(lái)查看系統(tǒng)中繼電器是否會(huì)出現(xiàn)常閉或者常關(guān)故障，同時(shí)通過(guò)控制器軟件的版本來(lái)進(jìn)行校正。

控制信號(hào)端對(duì)地或者12V電源短路故障，可能的原因是，設(shè)備在安裝過(guò)程中導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)低壓線束被碰傷而造成短路。對(duì)該類故障，維護(hù)人員需要利用萬(wàn)用表對(duì)其導(dǎo)通性進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)利用觀察法查看控制段線束是否完好。如果經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)存在線束破損現(xiàn)象，維護(hù)人員需要利用電工膠布對(duì)其加以包裹。控制信號(hào)端開(kāi)路故障的另一個(gè)原因是，車輛在裝備過(guò)程中由于用力過(guò)大而導(dǎo)致線束拉斷。對(duì)這種故障，維護(hù)人員需要針對(duì)線束的導(dǎo)通性進(jìn)行檢測(cè)。

2.2.2 機(jī)械故障

新能源汽車預(yù)充電過(guò)程中的機(jī)械故障主要包括觸點(diǎn)變形、機(jī)械磨損、外部沖擊等故障形式。機(jī)械磨損的主要因?yàn)槭牵盒履茉窜嚿舷码姽r頻繁發(fā)生，導(dǎo)致觸點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間在斷開(kāi)和閉合狀態(tài)下來(lái)回切換，從而因?yàn)榛瑒?dòng)摩擦而導(dǎo)致磨損。針對(duì)該類故障，維護(hù)人員需要仔細(xì)觀察觸點(diǎn)是否存在磨損情況，如存在磨損，應(yīng)及時(shí)予以更換，同時(shí)告知用戶在短時(shí)間內(nèi)要盡量避免頻繁對(duì)車輛進(jìn)行上下電操作。[5]觸點(diǎn)變形的主要原因是：在安裝過(guò)程中，端子遭受較大外力而發(fā)生變形。外部沖擊故障的主要原因是：在裝配和運(yùn)輸過(guò)程中，車輛由于受到外力沖擊而導(dǎo)致繼電器結(jié)構(gòu)的損壞。各類機(jī)械故障都很可能導(dǎo)致繼電器無(wú)法正常使用，因此維護(hù)人員需要及時(shí)更換繼電器來(lái)排除故障。

2.3 高壓系統(tǒng)部件故障

新能源汽車的高壓系統(tǒng)主要包括充電器、DC/DC、PTC、空調(diào)壓縮機(jī)等幾個(gè)主要部分。如果在預(yù)充電過(guò)程中出現(xiàn)預(yù)存回路電流過(guò)大現(xiàn)象，就會(huì)導(dǎo)致預(yù)充電阻分壓明顯升高，進(jìn)而引發(fā)預(yù)充電失敗。預(yù)充電失敗非常容易引發(fā)高壓系統(tǒng)內(nèi)部部件出現(xiàn)短路。針對(duì)高壓系統(tǒng)部件故障，維護(hù)人員需要對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行逐一檢查并給予修復(fù)。

3.結(jié)語(yǔ)

隨著世界各國(guó)對(duì)環(huán)境生態(tài)問(wèn)題的關(guān)注程度越來(lái)越高，新能源汽車也逐漸成為未來(lái)汽車行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。在市場(chǎng)保有量不斷增加的情況下，新能源汽車售后問(wèn)題越發(fā)突出，尤其是高壓故障問(wèn)題。針對(duì)高壓故障問(wèn)題，維護(hù)人員不僅要熟悉高壓故障的檢測(cè)原理，還要精確識(shí)別高壓系統(tǒng)的失效模式。只有對(duì)高壓系統(tǒng)絕緣故障、預(yù)充電故障等常見(jiàn)故障模式進(jìn)行全面了解，才能有效避免新能源車在行駛中出現(xiàn)安全隱患，才能進(jìn)一步完善新能源汽車的售后市場(chǎng)。