新能源汽车高压系统故障及维修技术研究

2022-05-03 11:45:02 | 浏览次数：

摘要：随着环境与能源危机加剧，新能源纯电动汽车应运而生。电动汽车的运行离不开其高压系统。文章主要介绍新能源汽车高压系统中动力电池绝缘故障、预充电故障的失效模式及维修方法，为售后相关人员提供一定的理论指导，从而推动售后市场更好的发展。关键词：新能源汽车;高压系统;绝缘故障;预充电故障;维修方法中图分类号：U472 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020）01-30-03

Abstract： With the aggravation of the environmental and energy crisis， new energy pure electric vehicles emerge as the times require. The operation of electric vehicle can not be separated from its high-voltage system.This paper mainly introduces the failure modes and maintenance methods of power battery insulation and pre-charging faults in the high voltage system of new energy vehicles， which can provide some theoretical guidance for after-sales staffs， so as to promote the better development of the after-sales market.Keywords： New energy vehicles; High-voltage system; Insulation fault; Precharging fault; Maintenance methodCLC NO.： U472 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2020）01-30-03

前言

为了应对日益突出的能源与环境问题，各大车企开始大力发展新能源纯电动汽车。纯电动汽车是由动力电池内的高压纯电驱动，其驱动电压远远超出人体能承受的电压范围。因此，整车高压电安全是汽车安全不可忽视的一个方面。本文重点研究动力电池绝缘故障及整车高压预充电故障。

1 动力电池绝缘故障

动力电池主要由电池管理控制器、单体电池串并联得到的电池模组、单体电池信号采集板、低压线束、配电铜排等组成，若电池包进水、铜排破损、绝缘监测芯片故障均会导致动力电池报绝缘故障。动力电池绝缘检测的原理是通过绝缘阻抗监测仪连接直流高压系统正负母线与车身或者电池包壳体之间的绝缘电阻来判断车辆是否存在绝缘故障[1]。目前致使动力电池绝缘故障的原因具有多样性，按照部件可以分为电池包内、外绝缘故障。

1.1 动力电池包外绝缘检查

由于电池包与整车是通过螺栓固定，整车与电池壳体形成一体，判断电池包绝缘可以在不用拆卸电池包进行。举升机举起电池包，拔掉电池包高压慢充、快充接插件及安全开关，用绝缘检测仪依次检测电池包端高压慢充、快充、安全开关的正、负极与车身的电阻，按照国家绝缘标准及各车企实际情况，其绝缘电阻一般要求不小于20兆歐[2]。若绝缘电阻低于标准值，则电池包内存在绝缘故障。

1.2 动力电池包内绝缘检查

动力电池包内绝缘检查按照故障原因可以分为液体、机械两部分。[1]

（1）液体的排查，液体排查可以分为两部分：水和冷却液的排查

若电池包内部底板有水或者水干后的痕迹，检查电池包底板是否存在焊接裂纹、缝隙等，若出现电池包底板破裂故障需要直接换电池包底板;高压线束、低压线束外壳接口是否固定到位，由于在行驶过程中抖动厉害，接插件在未安装到位情况下可能会出现松动情况，行驶积水路段可能导致电池包进水报绝缘故障，服务站维修时重新安装低压接插件等部件，并检测电池包气密性。

若电池包内含有冷却液，按照以下方向排查：检查电池包冷却板是否被电池模组压破;若电池包内含有上下两层电池模组，检查上层冷却板的定位销是否脱落，通常定位销脱落会导致上层冷却水板歪斜，进而导致电池模组挤破到冷却板汇流岔口处;检查冷却管路是否有破损的地方。电池包进水或者冷却液可能会导致打火烧蚀、电池模组单体电池短路等故障[3]。凡是出现该类故障，都需要重新评估电池模组性能，由于服务站缺乏评估能力，维修通常是更换电池模组。

（2）机械的排查，机械部件的排查可以依次按照配电铜排、采样线束、电池管理控制器来进行

电池包的电池模组是由铜排连接，若观察到铜排磨破，应该立即更换;观察电池管理控制器的电压采集接插件是否松动或者出现退端子情况，若出现退端子情况应立即更换[4];若接插件出现歪针情况，矫正后重新插上;若采样线束松动重新插拔并做轻微的回拉动作来保证插拔到位;部分车企将绝缘检测芯片置于电池管理控制器中，若需验证是否是绝缘检测芯片问题，找相同车型的电池管理控制器互换验证是否是电池管理控制器的问题，更换电池管理控制器时需要做ABA验证，即需要用新件代替旧件消除故障，再换上旧件做故障复现，排除采样线束接插不良情况导致的误判。绝缘故障维修完毕后，使用诊断仪查看故障码是否存在;最后维修人员还需要对拆封电池包进行气密性检测。

2 预充电故障

根据电动汽车和人体安全标准，对于高于60V的高压系统上电过程至少需要100ms，电动汽车在高压上电过程中需要进行预充电来避免高压大电流冲击。纯电动汽车预充电过程是为电机控制器中的大电容进行充电，达到减少继电器在瞬间闭合时火花拉弧对高压回路和安全性的影响[5]。预充电管理系统主要由电机控制器大电容、主正、负继电器、预充继电器、预充电阻、高压系统部件组成。按照部件故障分类可以分为三大类：电容故障、继电器故障、高压系统部件故障。

2.1 电容故障维修

新能源汽车预充电过程中电容故障通常有三种失效模式：击穿故障、开路故障、电参数退化故障[6]。电容击穿故障：由于制造工艺不良，生产过程中一致性较差，个别电容介质中存在瑕疵、缺陷、杂质或导电离子。预充电过程中电容漏电流大，温度逐渐增加，绝缘强度降低，严重时会导致电容被击穿，使得预充回路的电流增大，电阻放热量增加，烧坏电阻，电容击穿故障伴随着电阻烧坏故障。电容开路故障：线与电极接触不良或者绝缘、或者因为环境因素导致的线被腐蚀而断路。该种情况会导致电容Rc参数变化，可能会影响电容电压增长速度慢于预期电压导致的故障[7]。电容参数退化故障：使用过程中电极的电化学腐蚀及有害离子的影响都会造成电容参数退化，影响预充结果。由于维修站目前并不具备维修电子元器件的能力，维修时需要更换电机控制器。

2.2 继电器故障

预充回路中继电器故障可以分为电气故障、机械故障[8]。其中电气故障是由于新能源汽车预充电路中的主正、负继电器及预充继电器的控制方法，基本都是通过控制触电吸合时吸合电流来达到快速吸合的目的[9]。

2.2.1 电气故障

预充电过程中电气故障包括控制信号失效故障、触点电磨损故障。控制信号失效故障主要有三类故障：错误的闭合命令故障、控制信号端对地及12V电源短路故障、控制信号端开路故障。故障一可能是由于新能源汽车控制器软件版本更新升级快，部分用户在服务站保养时升级的电池管理控制器及整车控制器软件不匹配导致，维修员可以用诊断仪进入系统，查看继电器是否报常闭或者常开故障、核对两个控制器软件版本是否是最新版;故障二可能是由于安装过程中碰伤驱动低压线束导致短路，需要用万用表检测控制信号端对地、电源的导通性，观察控制端线束的外观是否良好，若线束漆包线破损直接用电工胶布包裹维修即可;故障三可能是由于装配过程中安装线束时用力过大将线束拉断导致，需要检测线束导通性。触点电磨损故障由于继电器工作时电弧放电产生高温，触点产生磨损，严重时会产生拉弧短路烧蚀[10];针对电磨损故障需要拆包检查继电器触点是否有磨损烧蚀现象，更换继电器维修即可。

2.2.2 机械故障

预充电过程中机械故障包括触点机械磨损故障、触点变形故障、外部冲击故障。触点机械磨损故障通常出现在用户频繁使用新能源车上下电工况时发生，由于触点一直在闭合和断开过程，两触点间的滑动摩擦导致触点磨损，针对该故障需要观察触点磨损情况，及时更新维护，并指导用户避免车辆短时间内频繁上下电操作。触点变形故障通常是由于安装时端子受力较大导致触点产生变形;外部冲击故障通常是物流运输及装配过程中冲击导致继电器内部结构损坏[11]。针对机械故障导致继电器不能使用，通常都是更换继电器维修。

2.3 高压系统部件故障维修

高压系统部件主要由充电机、DC/DC、PTC、空调压缩机等组成。电动车高压预充电时，若预充回路的电流过大会导致预充电阻分压明显，电机控制器处的电容电压达不到标准电压，进而造成预充电失败[12]。通常造成预充回路电流过大是由于高压系统中其他高压部件内部短路导致，需要逐个检查高压系统部件。依次断开高压系统部件，并将高压系统部件线束端高压互锁针脚用回形针短接避免系统报高压互锁故障。钥匙上电，用诊断仪进入BMS系统查看数据，若电机控制器处电容电压能上升至动力电池电压90%，认为预充电过程完成[13]。进而反推出该系统部件内部短路是导致预充电失败的根本原因，直接测量该系统部件的内部电路电阻判断是否是内部短路故障导致。

3 结语

新能源汽车的发展已成必然趋势，随着新能源汽车保有量的日益增加，售后质量问题增速明显，尤其是高压故障，在对新能源高压故障进行维修时，不仅要理解其检测原理同时也要识别其失效模式。系统全面的了解高压系统绝缘故障、预充电故障不仅可以减少汽车的安全隐患，也能促进新能源汽车售后市场的发展。

参考文献

[1] 张俊.新能源汽车绝缘监控系统选配设计[J].机电技术，2015（02）： 107-109.

[2] 伍昆，虞成濤，张远鹏.新能源汽车电气绝缘检测和监测方法的应用[J].汽车电器，2017（12）：9-11.

[3] 张思为.纯电动汽车绝缘故障诊断及处理办法研究[J].武汉职业技术学院学报，2019，18（01）：98-100+120.

[4] 刘宁，徐勇.纯电动汽车绝缘故障的诊断及排查[J].汽车电器， 2015（06）：43-44.

[5] 张俊.纯电动汽车高压电安全监控系统研究[D].浙江工业大学， 2012.

[6] 钱琨，张勇，孙宁.浅析电容类元件故障成因及排除方法[J].科技风，2019（01）：187.

[7] 李永庆，孟伟.电动汽车预充电过程研究[J].汽车电器，2013（05）： 8-10.

[8] 王哲平.一种汽车继电器早期失效分析与解决方法[J].仪表技术， 2019（06）：25-27.

[9] 卢晓东，金新民.新能源汽车继电器线圈的控制方法[J].仪表技术，2017（01）：32-34.