纯电动汽车的故障诊断方法研究

邱晨曦

纯电动汽车的故障诊断方法研究

邱晨曦

（福州职业技术学院，福建 福州 350108）

纯电动汽车作为新能源汽车的主力军，在汽车市场中占据十分重要的地位。相较于传统燃油车，纯电动车的故障不涉及发动机故障，主要涉及汽车无法正常上电和无法正常充电这两种故障现象。文章通过对纯电动汽车充放电的机理进行分析，归纳出常见的故障并整理出思路，对纯电动汽车的故障诊断方法进行了研究。

纯电动汽车；故障诊断；诊断方法

前沿

纯电动汽车是指动力源来自于动力电池而非传统汽车上的发动机，主要以电力驱动电机，进而将产生的动力传递到车轮，驱动汽车行驶的车辆。由于纯电动汽车在环保方面的优异表现，世界各国都在强力推广。相较于传统汽车来说，纯电动汽车的故障原因比较复杂，各种可能出现的情况都会对纯电动汽车造成影响，排除故障较为困难。

1 纯电动汽车的主要结构

发动机作为传统燃油车的“心脏”，在纯电动车上则变成了动力电池；变速器作为传统燃油车的“双腿”，在纯电动车上用减速器总成而取代。可以知道，纯电动汽车的总体结构相较于传统燃油车更简单。纯电动汽车的主要结构包括：动力电池系统，驱动电机系统，高压配电系统，车身、底盘控制系统等。

动力电池系统主要包括动力电池组，电池管理系统（BMS）、高低压线束和热管理组件。目前市面上的纯电动起车的动力电池电压普遍在300-600V左右，应用最为广泛的是三元锂离子电池和磷酸铁铝电池。电池管理系统（BMS）作为整车充放电的核心部件，实时监控动力电池组内部的单体电池的温度、电压和内阻等参数进行实时监控，同时对纯电动汽车上常见的4种接触器（主正接触器、主负接触器、预充接触器、充电接触器）进行控制，保证纯电动汽车能够正常上电和充电。当纯电动汽车整车出现异常时，能够以毫秒级时间内对整车动力系统回路进行断路保护，防止高电压的释放。高低压线束能够保证高电压在安全的环境下平稳的传输高电压。热管理组件主要包含液冷循环系统和热管理系统，防止动力电池因温度过高而发生危险。

纯电动汽车的驱动电机系统主要采用的是三相交流异步电机，主要将三相交流电输入到电机，在电机定子中产生旋转磁场，转子中的电枢绕组切割磁感线并产生电磁力矩，驱动车轮旋转并进行行驶。在汽车制动的时候，交流电动机又可作为发电机进行再生制动以及能量回收。传统燃油车中变速器的倒挡主要是满足汽车倒驶的功能，而在纯电动汽车上，汽车倒驶只需改变三相交流电的通电顺序即可满足汽车倒驶，这也在一定程度上简化了纯电动汽车上的变速结构装置。

高压配电系统主要包括DC-DC装置，变频器，车载充电机等组件。DC-DC装置主要的功能是将动力电池传输的高电压转变成低压，以供蓄电池及其他用电设备使用。变频器的作用是实现交直流（AC-DC、DC-AC）转换的装置。动力电池包输出的直流高压电需要进过高压配电系统中的变频器而转变为三相交流电以驱动电机旋转，同样的，当驱动电机作为发电机使用时，需要将三相交流电转变为直流电对动力电池包进行充电。车载充电机是把交流电转换为直流电，并按系统要求对动力电池包进行充电。

2 纯电动汽车主要的故障现象分析

纯电动汽车的主要故障现象分为两种，第一种为高压无法正常上电。在通常环境下，人体能够承受的安全最低电压为36V（DC）。由于纯电动汽车动力电池包的高电压，因此纯电动汽车的绝缘监测是所有电动汽车控制上电的第一步。通常纯电动汽车的最小绝缘电阻值设置在500千欧左右，通过电池内部系统对绝缘电阻进行检测，当绝缘电阻值小于最小绝缘电阻值时，电池系统将会出现绝缘报警信号，供维修人员进行代码的读取并进行检修。针对绝缘故障常见的影响因素包含电池包内部电解液出现泄漏，绝缘层破坏以及电池模组内部由于振动冲击而导致绝缘失效等情况。遇到绝缘报警故障时，应立即通知车辆维修人员，并应立即停止车辆工作，防止对人造成伤害。

纯电动汽车的绝缘检测是电动汽车的第一道保护，高压互锁装置则是纯电动汽车的第二道保护。在车辆绝缘正常的情况下，如若出现高压互锁断路现象，车辆依旧无法上高压电。高压互锁装置（High Voltage Inter-Lock），是用低电平信号来监视高压回路完整性的一种安全设计方法。高压互锁回路分为两种形式：第一种形式为每个高压部件上都有独立的控制器来监控高压互锁信号，只有当全部的控制器都能够接收到高压互锁信号时，才允许接通高电压。第二种形式为每个部件的高压电源线相互并联，并将所有高压连接器与连接器监测器连接，将所有组件连接成一个完整的回路，只有当检测器都能收到高压互锁信号时，才允许接通高压电。高压互锁装置实质上是让低压电平信号在互锁回路上进行传输，当出现低压电平信号中断时，说明高压器件存在线路断路或者松脱现象。以比亚迪e5的高压互锁为例，该车的高压互锁回路主要由电池管理系统、动力电池包、四合一（VTOG）和空调加热器（PTC）组成，主要涉及到插接器为电池管理系统（BMS）的BK45（A）和BK45（B）。当出现高压互锁故障时，检测的思路主要以先总体后分段的思路，即可拔下电池管理系统插接器，用万用表电阻档测量BK45（A）/1与BK45（B）/7端子之间的电阻值，正常的电阻值应该小于1Ω，如果实测值为∞，则可以考虑高压互锁中存在断路。进而分为两条之路进行电阻检测，缩小范围，直至查到断路之处。

当车辆绝缘和高压互锁装置都正常的情况下，用钥匙启动，将激活整车控制系统并给继电器提供电源。此时，只有保证高压配电箱的各相关部件都能正常工作才能最终让汽车上高压电。当汽车无法上高压电时，需要借助车用诊断仪对故障码进行查询并读取相关重要的数据流。假如仪表无法正常进行工作且车辆能够读取到故障码，则首先要对仪表的故障进行排除。常见的仪表故障包含仪表的电源故障及仪表的线路故障，通过电路图对仪表的电源及线路进行排查，明确故障原因并修理。若仪表能正常工作，则可排除仪表问题，通过诊断仪读取相应的模块信号。若高压配电箱的各相关部件都正常，但是车辆仍然无法上高压电，则可进一步查询是否继电器出现故障。

纯电动汽车的第二种故障主要是车辆无法正常充电的现象。车辆充电包括交流慢充和直流快充。车辆直流快充的控制逻辑主要是整车控制器检测充电控制确认线是否接通，进而判断快充枪与车辆的连接是否正常，如果连接异常，则不会启动快充继电器；连接正常，则进一步检测搭铁线与快充唤醒线之间的电压，当电压不处于标准值时（标准电压通常为12V），将不启动快充继电器；电压正常时，整车控制器将唤醒电源管理系统的快充模式；如果通讯异常，快充继电器仍然无法工作；通讯正常，则电池管理系统将启动快充继电器，使车辆进入快速充电的状态。

车辆交流慢充的控制逻辑主要是整车控制器首先检测交流慢充口的充电信号线是否接通，从而确定充电枪是否与整车的交流充电孔进行连接，如果出现连接异常，则系统默认没有进入到充电模式，即整车无法识别车辆要进行充电。如果交流充电信号接通正常，则整车控制器继续监测充电信号确认线和接地线之间的电压，当电压不处于标准值时（标准电压通常为12V），则默认不启动车载充电机，即无法反馈充电连接正常的信号，因此导致无法充电。只有当充电信号线以及充电信号确认线都正常接通且电源管理系统能够被正常唤醒的情况下，电池管理系统将对动力电池包进行通讯，将充电继电器闭合进而对动力电池包进行充电。

根据充电机理，一般的诊断思路是通过故障诊断仪读取相关的故障代码和相关的数据流，然后再确认充电信号连接线和充电信号确认线是否处于正常连接状态。在确定充电信号连接线和充电信号确认线都处于正常状态的情况下，可以对电池管理系统中关于充点的相关针脚进行检测，最后对相关的继电器进行检测。针对市面上的多款纯电动汽车，车辆高压无法上电故障常常也影响着车辆无法正常充电。因此，当同时出现两类故障现象时，首先需要对车辆高压无法上电故障进行检修，进而对车辆无法充电故障进行检修。通过对纯电动汽车的高压上电及充电机理的分析，能够大大缩短维修人员对纯电动车的故障判断工时，进而大大提高维修作业能力。

3 结论

对于纯电动汽车的故障诊断，一定要明白纯电动汽车的高压上电和充电的机理，进而引导维修人员正确的对车辆进行检修工作。由于电子技术在汽车领域上的应用，让故障测试与诊断变得更加复杂，以纯电动汽车为主的汽车故障诊断诊断方法仍需完善，但无论何种诊断方法都应当遵循透过现象看本质的原则，以机理为接入点，找准突破口，精准定位问题因素，进而解决故障。

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[4] 候海,伍春霞.汽车充电系统常见的故障检修与诊断[J].智能机器人,2017:54-58.

Study on the method of pure electric vehicles fault diagnosis

Qiu Chenxi

（Fuzhou Polytechnic, Fujian Fuzhou 350108 )

The pure electric vehicles as the mainstay of new energy vehicles, occupies an important position in the automo -bilemarket.Compared with traditional fuel vehicles, pure electric vehicles failure doesn’t involve the engine failure.It mainly involves two kinds of fault phenomena: the car cannot be discharged normally and the car cannot be charged normally.In this paper, through the mechanism analysis of pure electric vehicle charging and discharging, the common faults are summarized and the train of thoughts is sorted out, the fault diagnosis method of pure electric vehicles is studied.

Pure electric vehicles; Fault diagnosis; Diagnostic method

U472.4

B

1671-7988(2019)24-16-03

U472.4

B

1671-7988(2019)24-16-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.006

邱晨曦（1976-），男，高级讲师，硕士，就职于福州职业技术学院，研究方向为车辆工程。