電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)故障診斷策略探討范文

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摘要：本文介紹了電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)組成及高壓上電控制策略，以帝豪EV450高壓系統(tǒng)作為研究對(duì)象，分析電動(dòng)汽車高壓無法上電常見故障原因。以流程圖形式解析低壓無法上電、高壓互鎖及高壓附件等故障，并通過案例展示了電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)故障診斷策略。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；高壓上電；帝豪EV450；故障診斷

0引言

新能源電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)主要由電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和高壓附件組成，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括電池、電機(jī)和電機(jī)控制器，高壓附件主要包括PTC、車載充電機(jī)、DC/DC、空調(diào)壓縮機(jī)、充電口以及高壓分配盒。不同車型高壓部件在車上布置形式不一致，有些車輛會(huì)將某些部件進(jìn)行集成，以圖1帝豪EV450高壓系統(tǒng)為例，車載充電機(jī)和高壓分配盒集成在一起，電機(jī)控制器和DC/DC集成在一起。當(dāng)高壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障會(huì)影響車輛行駛，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響整車高壓上電。當(dāng)高壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，首先需要了解高壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、布局、工作原理及安全防護(hù)，才能對(duì)故障進(jìn)行診斷維修。

1整車高壓上電原理分析

電動(dòng)汽車高壓上電基本邏輯是車身防盜認(rèn)證通過，低壓上電完成，即ON檔電上電完成后，喚醒各控制單元，相關(guān)控制單元進(jìn)行動(dòng)力防盜驗(yàn)證及自檢。動(dòng)力防盜認(rèn)證通過及自檢無（嚴(yán)重）故障，BMS控制主負(fù)、預(yù)充接觸器閉合進(jìn)行預(yù)充，預(yù)充完成后控制主正接觸器閉合，完成高壓上電，同時(shí)儀表顯示“OK”或者“READY”，即動(dòng)力上電完成。從系統(tǒng)控制邏輯分析，高壓上電過程分為兩部分：分別為低壓上電和高壓上電。

1.1低壓上電原理分析

汽車正常運(yùn)行都是在低壓上電成功后，喚醒各控制單元，由控制單元根據(jù)輸入信號(hào)，經(jīng)過計(jì)算控制相應(yīng)的執(zhí)行器動(dòng)作來控制車輛運(yùn)行，所以整車正常工作的前提是要保證低壓上電成功。為了保證車輛安全，現(xiàn)代車輛都設(shè)計(jì)有防盜系統(tǒng)，包括車身防盜及動(dòng)力防盜，一般車身防盜影響低壓上電。低壓上電基本邏輯是控制單元（一般為BCM，有些為無鑰匙控制單元）接收到駕駛員上ON檔電信號(hào)（即鑰匙擰到ON檔，或按下一鍵起動(dòng)車輛的點(diǎn)火開關(guān)），首先進(jìn)行車身防盜認(rèn)證，控制單元激活低頻天線搜索鑰匙，鑰匙被激活后，將自身ID等信息以高頻信號(hào)發(fā)送給高頻天線（高頻天線有獨(dú)立的，也有集成的，目前以集成的居多），并傳輸給模塊進(jìn)行防盜驗(yàn)證。以帝豪EV450為例，如圖2低壓系統(tǒng)上電原理所示，防盜驗(yàn)證通過后BCM控制IG（即ON檔）繼電器動(dòng)作，給整車提供IG電，儀表點(diǎn)亮，各控制單元被喚醒激活進(jìn)入工作狀態(tài)，低壓上電完成。

1.2高壓上電原理分析

目前汽車都設(shè)有動(dòng)力防盜，即低壓上電完成以后系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力防盜驗(yàn)證，同時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行自檢，自檢完成后BMS控制主負(fù)接觸器和預(yù)充接觸器閉合，控制單元檢測(cè)到預(yù)充完成后控制主正接觸器閉合，高壓上電完成。以帝豪EV450為例分析，如圖3所示，低壓上電完成后，VCU與BCM通過CAN總線交換信息完成動(dòng)力防盜驗(yàn)證。同時(shí)VCU確認(rèn)是否接受到制動(dòng)開關(guān)信號(hào)，檢測(cè)高壓互鎖是否正常，BMS檢測(cè)動(dòng)力電池，PEU自檢等，所有檢測(cè)通過后，BMS控制接觸器先后閉合，完成高壓上電。

2低壓無法上電

根據(jù)圖1低壓上電系統(tǒng)原理圖所示，低壓無法上電故障可能原因有鑰匙故障、點(diǎn)火開關(guān)本體及線路故障、BCM本體及供電故障、IG繼電器本體及線路故障。在檢查上電故障前，先檢查遙控功能及無鑰匙進(jìn)入功能，當(dāng)遙控及無鑰匙功能都正常，根據(jù)上電控制邏輯及故障現(xiàn)象可初步判斷故障可能產(chǎn)生部位，通過測(cè)量確認(rèn)故障點(diǎn)，診斷流程見圖4所示。

3高壓無法上電

低壓上電完成，動(dòng)力防盜解除后，涉及到高壓無法上電故障，主要為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、高壓部件故障及其控制單元，包括VCU、BMS、PEU、OBC、PTC、空調(diào)壓縮機(jī)等。具體流程見圖5高壓上電故障排除流程。

3.1高壓互鎖故障

高壓互鎖是指通過低壓信號(hào)來檢查電動(dòng)汽車上所有與高壓母線相連的各分路，包括整個(gè)電池系統(tǒng)、導(dǎo)線、連接器、DCDC、電機(jī)控制器、高壓盒及保護(hù)蓋等系統(tǒng)回路的電氣連接完整性。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到高壓互鎖系統(tǒng)出現(xiàn)故障，為了保證安全，會(huì)禁止上高壓電[1]。以圖6帝豪EV450高壓互鎖系統(tǒng)為例進(jìn)行分析，VCU的HVILOUT即CA67/76輸出一個(gè)0-3.3V的占空比信號(hào)，HVILIN即CA66/58提供一個(gè)12V的參考電壓，當(dāng)線路連接完整時(shí)，整個(gè)線路上的波形為0-12V的占空比信號(hào)。當(dāng)相關(guān)的高壓部件蓋子處于打開狀態(tài)，或者互鎖檢測(cè)線路出現(xiàn)故障，整條線上電壓值會(huì)出現(xiàn)變化，在檢測(cè)的過程中應(yīng)該采用二分法，將整個(gè)需要檢測(cè)的部分從中間一分為二，通過次方法可以合理縮短測(cè)量步驟。當(dāng)測(cè)量點(diǎn)的電壓值為12V，說明測(cè)量點(diǎn)至VCU的CA67/76之間有斷路，接下來就可以通過測(cè)量電阻依次排查。當(dāng)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量值為0-3.3V的占空比信號(hào)，說明測(cè)量點(diǎn)至VCU的CA66/58之間有斷路存在，通過測(cè)量電阻可以將排查出故障點(diǎn)。以線路斷路為例，分析故障檢測(cè)與診斷思路。踩下制動(dòng)踏板，按下點(diǎn)火開關(guān)，高壓上電完成“ready”燈無法正常點(diǎn)亮，蓄電池指示燈、整車系統(tǒng)故障指示燈點(diǎn)亮[2]，儀表右側(cè)駐車燈正常點(diǎn)亮，車輛驅(qū)動(dòng)模式指示燈ECO正常點(diǎn)亮，同時(shí)動(dòng)力電池主正、主負(fù)繼電器不動(dòng)作，高壓不上電，制動(dòng)踏板高度反應(yīng)正常，檔位無法切換至D或R。將點(diǎn)火開關(guān)置于ON位置，讀取并清除DTC。讀取整車故障碼，可讀到以下故障碼：P1C4096，高壓互鎖故障；P1C8E04，高壓互鎖輸出信號(hào)斷路。可能原因?yàn)椋赫嚳刂芕CU至電機(jī)控制器、車載充電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、PTC加熱器之間高壓互鎖連接線路斷路、虛接、短路故障。測(cè)量VCU的高壓互鎖CA67/76的波形。（圖7、圖8）所以此時(shí)互鎖線路中可能存在斷路的情況，或者VCU內(nèi)部故障。因此可能原因?yàn)椋焊邏夯ユi線路斷路；或者VCU自身硬件故障或者軟件故障。分別測(cè)試入測(cè)試高壓互鎖線路中各模塊兩端端子的波形，結(jié)果測(cè)試BV10/26端的波形顯示為幅值接近+B的一條直線，BV11/4的波形為幅值為3.3V的一條方波說明車載充電機(jī)BV10/26至電機(jī)控制器BV11/4線路斷路。最后通過電阻測(cè)量確認(rèn)故障點(diǎn)。（圖9、圖10）

3.2高壓部件故障

高壓部件主要包括電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障和高壓附件故障，以電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障為例進(jìn)行分析。（圖11）故障現(xiàn)象：踩制動(dòng)踏板數(shù)次后并保持，打開點(diǎn)火開關(guān)后，儀表點(diǎn)亮正常，可運(yùn)行指示ready燈無法正常點(diǎn)亮，蓄電池指示燈、整車系統(tǒng)故障指示燈點(diǎn)亮，此時(shí)右側(cè)故障提醒警告燈、EPB故障警告燈、ESC故障警告燈也點(diǎn)亮。同時(shí)動(dòng)力電池主正、主負(fù)繼電器不動(dòng)作，制動(dòng)踏板高度沒有降低，高壓不上電。此時(shí)檔位只能從P切換至N，或是從N切換至P，而驅(qū)動(dòng)檔D檔和R檔無法切換。可能原因：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制器MCU、減速器控制系統(tǒng)、ABS、ESC、EPB、電子換擋器。如果減速器控制系統(tǒng)、ABS、ESC、EPB、電子換擋器出現(xiàn)故障，將嚴(yán)重影響行車安全，結(jié)合車輛控制邏輯，車輛將禁止切換任何檔位，同時(shí)保持檔，EPB電子手剎不會(huì)解鎖。而此時(shí)檔位可以切換至N或P檔，只是無法切換至驅(qū)動(dòng)檔D或R檔，說明減速器控制系統(tǒng)、ABS、ESC、EPB、電子換擋器正常，故障應(yīng)該為驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器MCU故障造成儀表上代表驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障提醒警告燈、EPB故障警告燈、ESC故障指示燈也點(diǎn)亮，同時(shí)導(dǎo)致VCU、BMS禁止上高壓，DC-DC禁止啟動(dòng)，同時(shí)儀表上蓄電池指示點(diǎn)亮，制動(dòng)真空泵沒有啟動(dòng)工作因此，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的則可能由于以下一項(xiàng)或多項(xiàng)造成：①電機(jī)控制器電源線路故障；②電機(jī)控制器P-CAN的故障；③電機(jī)控制器的自身硬件或軟件故障[3]。讀取故障碼：VCU讀到電機(jī)控制器無法通訊的故障碼，且無法進(jìn)入電機(jī)控制器。測(cè)量MCU的+B的供電電壓，測(cè)試條件：打開點(diǎn)火開關(guān)，用萬用表測(cè)MCU的BV11/26端子對(duì)地電壓，標(biāo)準(zhǔn)為+B，檢測(cè)結(jié)果為0V，說明上游電路存在斷路或?qū)Φ財(cái)嗦房赡茉驗(yàn)椋孩貳F32損壞；②EF32至MCU的BV11/26端子線路斷路；③EF32上游供電線路斷路。測(cè)量EF32的輸出端電壓，測(cè)試條件：打開點(diǎn)火開關(guān)，用萬用表測(cè)EF32的輸出端電壓，標(biāo)準(zhǔn)為+B，異常，同一段線兩端電壓相差為+B，說明EF32至MCU的BV11/26端子線路斷路。

4結(jié)語

各車系電動(dòng)汽車高壓部件系統(tǒng)的組成及控制策略總體來說基本類似，且高壓上電需要有嚴(yán)格的安全檢測(cè)保證，高壓系統(tǒng)部件及線路完整性即高壓互鎖無故障。當(dāng)出現(xiàn)高壓上電故障，首先要檢測(cè)是低壓系統(tǒng)故障導(dǎo)致高壓無法上電，還是高壓系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障，當(dāng)對(duì)高壓系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)需要做好個(gè)人防護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

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作者：王仁群 單耀輝 鐵浩源 單位：南京科技職業(yè)學(xué)院