純電動(dòng)汽車無(wú)法上電故障診斷與排除

池振坤 戴路 李楊

江蘇財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇省淮安市 223000

1 引言

在國(guó)家政策的大力扶植下及新能源企業(yè)的不懈努力下，新能源汽車價(jià)格逐漸降低、安全性與經(jīng)濟(jì)性不斷提升，逐漸被廣大消費(fèi)者接受，保有量逐年攀升。純電動(dòng)汽車是當(dāng)今新能源汽車發(fā)展的主要方向，相關(guān)產(chǎn)品越來(lái)越豐富，性能越來(lái)越先進(jìn)。但是純電動(dòng)汽車如使用或保養(yǎng)不當(dāng)，也會(huì)出現(xiàn)各種故障，影響人們的出行。其中純電動(dòng)汽車無(wú)法上電故障是一種常見(jiàn)故障，該故障涉及的部件較多，故障原因較復(fù)雜。如不了解純電動(dòng)汽車上電原理，在排除此故障時(shí)將會(huì)面臨較大困難。

2 整車上下電過(guò)程

純電動(dòng)汽車整車電路包括低壓電路與高壓電路，上電過(guò)程包括低壓供電與斷電、喚醒與取消喚醒；高壓上電與下電。

2.1 低壓供電及喚醒原理

2.1.1 整車低壓供電原理

a.低壓輔助蓄電池為整車控制器VCU、電池管理系統(tǒng)BMS、數(shù)據(jù)采集終端RMS、組合儀表ICM、DC/DC 轉(zhuǎn)換器供電；

b.當(dāng)點(diǎn)火鑰匙轉(zhuǎn)到ON 檔后，低壓輔助蓄電池為電動(dòng)助力EPS 控制器和檔位控制器供電；

c.當(dāng)VCU 通電后，其部分電路工作，可控制車輛其他用電器繼電器工作（如空調(diào)AC 繼電器、電機(jī)控制器MCU 繼電器和倒車燈繼電器）。

2.1.2 非充電模式下各控制器喚醒原理

非充電模式下控制器喚醒主要有ON 檔繼電器喚醒和VCU 喚醒。

a.由ON 檔繼電器喚醒的控制器有：整車控制器VCU、數(shù)據(jù)采集終端RMS 和組合儀表ICM；

b.由VCU 喚醒的控制器有：電池管理系統(tǒng)BMS 和DC/DC 轉(zhuǎn)換器。

2.1.3 慢充模式下各控制器喚醒原理

慢充電模式下控制器喚醒主要有慢充喚醒CHG 和VCU 喚醒：

a.當(dāng)充電樁與車載充電機(jī)建立充電關(guān)系后，車載充電機(jī)控制內(nèi)部繼電器接通后喚醒整車控制器VCU 和數(shù)據(jù)采集終端RMS；

b.由VCU 喚醒電池管理系統(tǒng)BMS 和DC/DC 轉(zhuǎn)換器。

2.1.4 快充電模式下各控制器喚醒原理

快充電模式下控制器喚醒主要有快充喚醒（直流充電樁直接輸出）和VCU 喚醒。

a.當(dāng)快充樁與車輛建立充電關(guān)系后，快充樁喚醒整車控制器VCU 和數(shù)據(jù)采集終端RMS；

b.由VCU 喚醒電池管理系統(tǒng)BMS 和DC/DC 轉(zhuǎn)換器。

2.2 高壓上電過(guò)程

2.2.1 預(yù)充電電路模塊的作用

純電動(dòng)汽車電機(jī)控制器負(fù)載前端有較大的電容，在冷啟動(dòng)時(shí)，負(fù)載電容相當(dāng)于瞬間短路，負(fù)載電阻僅為導(dǎo)線和繼電器觸點(diǎn)的電阻。動(dòng)力電池通電后瞬間形成的強(qiáng)電流和高電壓會(huì)沖擊損毀動(dòng)力電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高壓器件。因此，需通過(guò)增設(shè)預(yù)充電阻及控制上電高壓接觸器通斷順序來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓系統(tǒng)安全上電。

2.2.2 高壓上電過(guò)程

純電動(dòng)汽車只有在VCU 自診斷未發(fā)現(xiàn)影響行車安全故障，滿足上電條件后，才點(diǎn)亮READY 燈，完成上高壓電，具體過(guò)程如下：

①點(diǎn)火鑰匙置于OFF 檔，低壓輔助蓄電池常電為各個(gè)控制器供電；

②點(diǎn)火匙置于ON 檔，低壓輔助蓄電池為整車控制器VCU、電池管理系統(tǒng)BMS、電機(jī)控制器MCU、DC/DC 變換器、空調(diào)控制器等供電，各個(gè)控制單元被喚醒并進(jìn)行自檢，將自檢結(jié)果上報(bào)VCU；

③VCU 未收到故障自檢結(jié)果，將閉合動(dòng)力電池負(fù)極接觸器。電池管理系統(tǒng)BMS 監(jiān)測(cè)高壓回路絕緣情況，監(jiān)測(cè)各個(gè)電芯電壓、最高電壓、最低電壓、溫度，計(jì)算動(dòng)力電池SOC 值，當(dāng)滿足上電條件后閉合預(yù)充繼電器，通過(guò)預(yù)充電阻對(duì)車輛負(fù)載端的電容進(jìn)行預(yù)充電；

④當(dāng)BMS 檢測(cè)到預(yù)充電壓達(dá)到95%以上的動(dòng)力電池額定電壓時(shí)，閉合總正接觸器；

⑤總正接觸器閉合約10ms 后，斷開(kāi)預(yù)充繼電器；

⑥此時(shí)VCU 通過(guò)CAN 通信線路點(diǎn)亮儀表上READY 燈，完成高壓上電。

3 純電動(dòng)汽車無(wú)法上電故障診斷與排除

3.1 低壓電池故障的診斷與排除

純電動(dòng)汽車在未上電前各控制單元由低壓輔助蓄電池進(jìn)行供電，如果低壓輔助蓄電池或低壓線路出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致各控制單元不能滿足工作條件，無(wú)法進(jìn)行自檢，無(wú)法進(jìn)行上電操作。常見(jiàn)低壓輔助蓄電池一般是由12V 鉛酸蓄電池或鋰離子電池構(gòu)成。

3.1.1 故障現(xiàn)象

低壓輔助蓄電池的常見(jiàn)故障為電壓偏低，故障現(xiàn)象有以下幾種：

（1）純電動(dòng)汽車起動(dòng)時(shí)READY 燈無(wú)法點(diǎn)亮，車輛無(wú)法正常起動(dòng)；

（2）車輛行駛過(guò)程中儀表低壓輔助蓄電池故障燈點(diǎn)亮，繼續(xù)駕駛儀表燈慢慢變暗，極端情況導(dǎo)致車輛逐漸失去動(dòng)力。

3.1.2 故障分析

低壓輔助蓄電池電路主要是由低壓輔助蓄電池、DC/DC 變換器和充電電路組成。低壓輔助蓄電池在車輛未啟動(dòng)前給車上各控制單元與用電器供電；當(dāng)車輛啟動(dòng)后或進(jìn)行充電時(shí)，車載動(dòng)力電池或車載充電機(jī)，經(jīng)過(guò)高壓分配盒，通過(guò)DC/DC 轉(zhuǎn)換器對(duì)低壓輔助蓄電池進(jìn)行補(bǔ)償充電（如圖1）。當(dāng)?shù)蛪狠o助蓄電池?fù)p壞或嚴(yán)重虧電，DC/DC 或其線路故障導(dǎo)致低壓蓄電池?zé)o法補(bǔ)償充電導(dǎo)致虧電，都會(huì)導(dǎo)致因低壓輔助電池電路故障導(dǎo)致整車無(wú)法上電。

圖1 低壓輔助蓄電池電路

3.1.3 故障排除

（1）低壓輔助蓄電池故障排除：在停車時(shí)檢查低壓輔助蓄電池兩端電壓應(yīng)大于12V,電壓過(guò)低應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償充電，如損壞進(jìn)行更換。

（2）DC/DC 轉(zhuǎn)換器檢測(cè)：在點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打到ON 時(shí)，DC/DC 轉(zhuǎn)換器低電壓輸出端電壓應(yīng)大于停車時(shí)低壓輔助蓄電池兩端電壓，測(cè)量低壓輔助蓄電池兩端電壓約為13.8-14.5V。否則判斷充電線束故障或DC/DC 轉(zhuǎn)換器為滿足工作條件。檢測(cè)DC/DC 轉(zhuǎn)換器低壓輸出端到低壓輔助蓄電池導(dǎo)線導(dǎo)通情況，如存在斷路故障進(jìn)行維修或更換。在點(diǎn)火鑰匙打到ON 時(shí)檢查DC/DC 轉(zhuǎn)換器高壓輸入端電壓是否為動(dòng)力電池電壓，如是可判斷DC/DC 轉(zhuǎn)換器損壞，如未檢測(cè)到動(dòng)力電池電壓，應(yīng)檢查高壓分配盒內(nèi)DC/DC 熔斷絲及線路是否正常。

3.2 控制電路故障的診斷與排除

純電動(dòng)汽車因控制系統(tǒng)電路故障無(wú)法上電常見(jiàn)以下幾種：低壓輔助電壓沒(méi)有對(duì)整車供電；動(dòng)力蓄電池BMS 自檢沒(méi)有滿足上電要求；高壓互鎖故障；預(yù)充電路故障；CAN 通信線路故障。此類故障可以參照故障診斷儀讀取的故障代碼，快速找到故障點(diǎn)。

3.2.1 故障現(xiàn)象

點(diǎn)火鑰匙置于ON 檔，儀表READY 燈未點(diǎn)亮，車輛無(wú)法驅(qū)動(dòng)，故障診斷儀能夠讀取故障碼。

3.2.2 控制電路檢測(cè)

（1）低壓輔助電壓沒(méi)有對(duì)整車供電。

低壓輔助蓄電池因線路問(wèn)題無(wú)法對(duì)車輛各控制單元供電，導(dǎo)致車輛無(wú)法自檢，無(wú)法完成整車上電操作。此時(shí)故障診斷儀的往往提示某控制單元無(wú)法通信故障，結(jié)合圖2 低壓輔助蓄電池對(duì)整車供電原理圖，檢查控制單元供電和喚醒、接地的線束、接插件及線束熔斷絲是否正常，排除低壓輔助電路故障。

圖2 低壓輔助蓄電池對(duì)整車供電原理圖

（2）動(dòng)力電池管理系統(tǒng)BMS 自檢沒(méi)有滿足上電要求。

動(dòng)力電池管理系統(tǒng)BMS 是電動(dòng)汽車的核心部件，其作用是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池動(dòng)力電池運(yùn)行情況，維持動(dòng)力電池健康狀況，并且在上電時(shí)對(duì)總正總負(fù)接觸器進(jìn)行觸點(diǎn)黏連檢測(cè)（如圖3）。如BMS 出現(xiàn)故障車輛無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池充放電操作，整車無(wú)法上電。

圖3 高壓上電過(guò)程電壓檢測(cè)

①高壓檢測(cè)電壓V1 測(cè)量動(dòng)力電池包總電壓，用于判定MSD 是否斷路。

②高壓檢測(cè)電壓V2 用于判定預(yù)充繼電器是否粘連、負(fù)極繼電器是否斷路、預(yù)充電阻是否斷路、預(yù)充電繼電器是否斷路。

③高壓檢測(cè)電壓V3 用于判定正極繼電器是否粘連。

當(dāng)BMS 出現(xiàn)故障時(shí)可根據(jù)故障診斷儀提示，對(duì)相應(yīng)故障點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。常見(jiàn)故障有絕緣故障、單體電池故障、傳感器故障、通信故障等。

（3）高壓互鎖故障。

高壓互鎖是用于檢測(cè)純電動(dòng)汽車高壓線路連接情況。當(dāng)互鎖電路故障時(shí)，說(shuō)明高壓部件及導(dǎo)線間存在連接故障，此時(shí)純電動(dòng)汽車READY 燈無(wú)法點(diǎn)亮，無(wú)法整車上電。如存在高壓互鎖故障，需檢查每一段高壓電纜的連接是否安裝到位。如果高壓電纜安裝均無(wú)異常，需根據(jù)互鎖電路導(dǎo)線的走向進(jìn)行互鎖電路的測(cè)量診斷。

（4）預(yù)充電路故障。

當(dāng)VCU 與電池管理系統(tǒng)BMS 都能正常工作時(shí)，如故障診斷儀檢測(cè)結(jié)果為預(yù)充失敗故障，可判斷為預(yù)充故障，導(dǎo)致該故障的具體原因可能有：預(yù)充接觸器電源故障；預(yù)充接觸器控制信號(hào)故障；預(yù)充接觸器本身?yè)p壞。

（5）CAN 通信電路故障。

在整車上電過(guò)程中各控制單元通過(guò)CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，如BMS 需將動(dòng)力電池信息傳給整車控制器VCU，VCU 接收到BMS自檢通過(guò)信息后才能進(jìn)行后續(xù)的上電操作，因此，當(dāng)CAN 總線出現(xiàn)故障后，VCU 無(wú)法得到動(dòng)力電池狀態(tài)信息，為保證行車安全，將暫停上電操作。

CAN 總線常見(jiàn)故障原因有：總線線路的斷路或斷路；連接插頭的損壞、氧化、銹蝕；車用電源系統(tǒng)故障，如供電或搭鐵不良；某個(gè)控制單元通信故障；某個(gè)控制單元供電故障。

CAN 總線常見(jiàn)故障檢測(cè)方法：

①CAN 總線終端電阻檢測(cè)：斷開(kāi)低壓輔助蓄電池負(fù)極，等待5 分鐘后，斷開(kāi)某控制單元連接件，檢測(cè)CAN 總線阻值應(yīng)為60 歐姆（如斷開(kāi)VCU 或動(dòng)力電池后阻值為120 歐姆）。如阻值不正確，可通過(guò)依次斷開(kāi)CAN總線連接控制單元判斷需用電器件功能是否失效。

②CAN 線是否短路或斷路：當(dāng)所有用電器件都完好情況下可利用萬(wàn)用表與示波器根據(jù)總線正常工作電壓及波形情況排除總線短路或斷路故障。

4 結(jié)語(yǔ)

純電動(dòng)車通過(guò)高壓電控與低壓電控實(shí)現(xiàn)車輛的控制，常見(jiàn)故障多為電器故障。要準(zhǔn)確快速的排除電器故障，需要對(duì)電控系統(tǒng)的組成與各控制系統(tǒng)間的控制邏輯原理有清晰的認(rèn)知，結(jié)合故障現(xiàn)象與故障診斷儀提示信息縮小故障范圍，按照由簡(jiǎn)到繁的原則進(jìn)行檢測(cè)，最終排除故障。