纯电动汽车高压不能上电故障诊断分析

相对于传统汽车而言，纯电动汽车采用了大容量、高电压的动力电池及高压电机和电驱动控制系统，并采用了大量的高压附件设备，如空调压缩电动机、PTC电加热器及DC/DC转换器等，由此而隐藏的高压安全隐患问题和造成的高压电伤害问题。

根据纯电动汽车的特殊结构及电路的复杂性，并考虑纯电动汽车高压电安全问题，必须对高压电系统进行安全、合理的规划设计和必要的监控，是电动汽车安全运行的必要保证，因此在绝缘电阻、电压、电流、高压接触器触点、高压互锁回路、充电互锁的检测与故障处理方面尤其重要[1]。在高压系统维修案例中，高压不上电是纯电动汽车高压系统维修过程中最常见且最易遇到的故障。

1 纯电动汽车高压系统介绍

纯电动汽车都有一套高压供电系统，把动力电池组中的电能分配给空调压缩机、PTC加热器、驱动电机等高压部件，此外动力电池组还有一套直流快充充电系统和一套利用车载充电机组成的交流慢充充电系统。这些高压部件都通过分线盒总成、连接在一起进行输送电能。

纯电动汽车在高压上电过程中所需要涉及多个高压部件，每个高压部件都有一个低压管理模块对它们进行监控与管理工作，每个低压管理模块把对应管理的高压部件信息通过动力网CAN反馈给整车控制器(VCU)，利用高压电来带动驱动电机工作，同时每个高压部件的低压管理模块在车辆上电后也肩负着安全保护措施功能。

2 高压不能上电的故障类型

纯电动汽车利用高压电来带动驱动电机，涉及高压电安全问题，故电动汽车都分高压电与低压电2个供电的系统，高压电是利用各个低压管理系统、传感器、继电器等低压零部件来实现对高压电的控制，同时在上电流程中设计了多层保护措施，以保证车辆上电过程和行驶过程中的用电安全。在行车和使用的过程中，高压不能正常上电，比较常见故障是高压互锁断开、整车控制器故障、电池管理系统故障、电机控制器故障等方面[2]。

2.1 高压互锁断开故障

从高压系统性能安全的角度出发，车辆中每个部件都可能存在的风险，尤其是高压部件，都必须配置相应的安全技术手段进行监测，以降低危险发生的概率，因此高压互锁，在电动汽车高压系统安全以及在电路设计中以安全保护措施的地位存在[3]。

电动汽车中存在一条高压互锁回路，如图1所示。由多个低压管理模块和所管理控制的高压部件的高压插头串联在一起组成。在整车控制器插接器中有2个端子，一个端子负责发送高压互锁信号，另一个负责接收高压互锁信号，一旦高压线束插接头或低压管理系统插接头断开或松脱，将会导致相应的高压互锁回路断开使得存在于高压互锁回路中的信号不完整，当整车控制器检测到高压互锁信号断开后便会在车辆上电、充电等使用高压电时阻止高压电的供应，最终导致无法上高压故障的现象出现。

图1 纯电动汽车高压互锁回路

2.2 整车控制器故障

整车控制器作为纯电动汽车的核心管理模块之一，负责所有控制高压模块系统的管理工作，并与其他管理系统通讯，以获知它们管理的高压系统相关参数，并对高压系统进行监控管理，当高压系统异常时，整车控制器将根据严重情况决定所使用的措施，在遭遇严重故障时，整车控制器将会断开或阻止高压电的使用。

启动与充电等设备需要使用高压电时，经过整车控制器允许后方可使用高压电，而当整车控制器故障时，车辆失去控制高压电的管理能力，导致涉及高压电的部分无法使用，所以整车控制器故障也可能导致车辆无法正常上高压电。

2.3 动力电池管理系统故障

电池管理系统(BM系统)可以对动力电池组总电压、总电流以及每个测点电池温度和单体电池的电压参数进行实时监控，并对动力电池组进行故障诊断、计算电池组剩余电量比(SOC)、充放电模式以及短路保护和漏电监测等。

BMS系统是动力电池与整车控制器通讯交流的桥梁，是动力电池的核心大脑，BMS系统的好坏直接影响了动力电池组的寿命及车辆的使用安全。BMS系统通过动力电池上的信息采集部件获取电池信息，并将该信息发给整车控制器。

当BMS系统故障时，车辆将因为动力电池无法被控制，从而导致高压电无法从动力电池端输出或高压电输入动力电池中，所以BMS系统出现故障也可能导致车辆无法上高压电。

2.4 电机控制器故障

电机控制器控制着动力电池组到驱动电机之间电能传输，同时采集电机位置信号和检测三相电流信号，有效地控制驱动电机运行[4]。既能将动力电池组中的高压直流电转换为三相交流电输送给驱动电机，又具备将驱动电机制动和下坡时产生的三相交流电转换为高压直流电给动力电池组充电的设备。高压直流电转低压直流电(DC/DC)集成在电机控制器里面，相当于燃油汽车上的发电机，其功用是当低压蓄电池亏电时，将动力电池组的高压直流电转换成低压直流电，给低压蓄电池充电。

当电机控制器故障时，车辆将无法正常的将高压电转换成交流电输送给电机，电机也无法将制动或下坡产生的交流电转换成直流电输送给电池，可能无法给低压蓄电池充电，导致低压蓄电池亏电，所以电机控制器出现故障也可能导致车辆无法上高压电。

3 故障诊断分析

3.1 高压不上电故障现象

某日车主出门办事将停在停车场，当车主办完事情再次回到车上时，车主按往常一样起动汽车，发现车辆无法行驶，仪表盘上故障灯点亮，后联系4S店拖车，称其遇到启动方面故障，车辆无法行驶，特拖至本店维修。

当维修人员对汽车进行检查时发现：车辆启动后，车辆故障指示灯点亮，ready灯未显示亮的状态，车辆无法正常上电，初步判定高压系统存在故障。

3.2 故障排查所需工具

1）绝缘鞋、防护眼镜：避免操作时被高压电或车辆使用的化学液体所伤；

2）绝缘手套(选择绝缘区间：500～1 000 V)：由于维修车辆为2017款纯电动汽车，该款车型动力电池为水冷散热方式，所以动力电池电压为346 V、额定功率50 kW，从操作方便性、灵活性以及保障安全的3个前提下，绝缘手套选择绝缘电压500～1 000 V最佳；

3）万用表：用于测量各个部件电压、电流、电阻、导通以判定车辆故障；

4）故障诊断仪：用于分析与确定故障点；

5）绝缘工具：以防拆装过程中拆装工具造成短接导致车内设备故障；

6）绝缘垫：铺设于工位地面上，以确保维修时地面的绝缘效果。

3.3 诊断前准备工作

1）检查绝缘鞋是否断裂、防护眼镜是否破裂、绝缘手套是否破损；

2）使用绝缘测试仪检测绝缘垫绝缘值是否正常；

3）检查万用表量程是否正常；

4）车辆铺设车外3件套、车内4件套；

5）检查引擎舱高压线束连接是否正常；

6）检查车辆蓄电池电压值；

7）连接故障诊断仪并通过故障诊断仪查看全车故障码与车辆数据流；

8）根据诊断情况查阅电路图，判断故障位置；

9）使用万用表检查可能得故障位置。

3.4 诊断与排除

由于先前初步故障诊断中，现象为：车辆可以启动，启动后系统故障指示灯点亮，ready灯未显示亮的状态。初步判断高压系统存在故障。下面维修人员利用检测仪器对车辆进行检测。

3.4.1 高压互锁故障诊断分析

根据初步判断连接故障诊断仪，检测车辆高压系统运行情况，读取整车控制器(VCU)的故障码，其中有一条故障码P0A0A11(VCU高压互锁断开)引起了维修人员的注意，继续读取其他模块未发现异常数据，根据故障现象判定问题可能出现在高压互锁回路。

互锁是从整车控制器出发串联在各高压部件之间最终回到整车控制器，维修人员从高压互锁回路的起点和终点出发本着分段检测的思路。断开蓄电池负极，拔下整车控制器CA55插头测量73号针脚和51号针脚之间的电阻为无穷大(正常0.1～0.5Ω之间)，判定高压互锁回路异常，再回到整车控制器继续寻找故障点背插PTC控制器CA48插头5号针脚测量它与CA55插头51号针脚之间电阻为无穷大(正常0.1～0.5Ω之间)，判定故障可能出现在整车控制器和PTC控制器之间的高压互锁线路或PTC控制器内部互锁线路，背插PTC控制器CA48插头5号针脚和7号针脚之间电阻为无穷大(正常0.1～0.5Ω之间)。判定PTC控制器内部互锁线路故障，PTC互锁线路是用来检测PTC高压插头的连接情况，确保高压线路完整性，故判定可能因为PTC控制器高压插头松动造成高压互锁信号中断，遵循高压断电操作后，检查发现PTC控制器高压插头松动，将其恢复。重新背插测量背插PTC控制器CA48插头5号针脚和7号针脚之间电阻为0.1Ω，重新启动车辆，车辆正常上电，排除故障。图2示出高压互锁故障点示意图。

图2 高压互锁故障点示意图

3.4.2 电机控制器故障诊断分析

根据初步判断连接故障诊断仪，检测车辆高压系统运行情况，首先读取整车控制器(VCU)的故障码，故障诊断仪显示U34A882(电机控制器报文循环技术错误)、U34AB82(DC/DC报文循环技术错误)、P102E02(电机转速信号错误)；判定电机控制器模块存在故障，继续读取电机控制器(PEU)的故障码，故障诊断仪显示连接电脑失败。进而判定故障可能发生在电机控制器低压管理模块，故障可能为电机控制器低压管理模块；1）供电故障；2）搭铁不良；3）动力网(P-CAN)通讯故障；4）电机控制器低压管理模块本身故障。

根据以上推断的故障原因这些思路出发，本着先易后难的原则，确定排故路线从最简单的供电保险丝出发，查阅电路图发现电机控制器的供电保险丝为EF31保险丝位于车辆前舱保险丝盒中，测量EF31保险丝上端对地电压为12.9 V,测量EF31保险丝下端对地电压为0。断开蓄电池负极，拔下EF31保险丝，观察保险丝熔断情况，发现保险丝熔断，判定故障原因是供电保险熔断。保险丝熔断的原因可能是供电电流瞬间过大或者线路对地短接，进而测量保险丝盒中EF31保险丝下端插座对地电阻来判定线路是否短接电阻为无穷大说明线路对地无短接，更换保险丝后，重新启动车辆，车辆正常上电，故障排除。

3.5 结果分析

高压互锁故障诊断过程中，由于整车上的PTC控制器高压插头松动，导致从整车控制器发出的高压互锁信号无法正常通过高压互锁回路回到整车控制器，所以整车控制器判断车辆的高压线路不完整，存在安全隐患，不允许车辆正常上电。

电机控制器故障诊断过程中，由于车上的电机控制器供电熔断器故障，车辆启动后，电机控制器无法正常工作，整车控制器无法接收到电机控制器自检后反馈回来的数据，所以判定电机控制器可能存在故障，如果强制上高压电可能会损坏车辆同时给驾驶员带来危险。

4 结论

综上所述，由于纯电动汽车控制机构不同于传统汽油汽车控制机理，纯电动车控制以全电控为主，电控分为高压电控和低压电控，在诊断维修时需要对所有电控系统有非常清晰的了解和认知，尤其是各个控制系统间的控制逻辑与关系，在排故的过程中应该将故障现象与故障诊断仪显示的信息相结合判断可能得故障范围，并按照简单到复杂的流程进行检查，并最终排除故障。同时在纯电动汽车维修中，尤其需要注意高压电部分维修时的规范与安全，确保在诊断过程中能够保证自身的生命安全。纯电动汽车维修其关键要点还是对于车内电控系统的熟练掌握程度以及安全、规范操作。