纯电动商用车绝缘故障分析

张佳佳，郭凡，何田，同晓光

（陕汽集团商用车有限公司 研发中心，陕西 宝鸡 721013）

1 引言

纯电动汽车动力源为高压动力电池，由动力电池输出高压电，经电机控制器转换后驱动主电机带动车辆运行，同时为制动、转向、PTC、空调等辅件系统提供动力源。整车高压电路是车辆动力传输系统的关键。本文通过故障实例分析了高压回路绝缘类故障产生的原因及对整车运行的影响，介绍绝缘类故障的常见排查方法与优化方案。

2 故障现象

某纯电动车在市场运行过程中仪表显示绝缘故障[1]，车辆限扭矩或直接下电停车，无法运行，重启后故障依然存在。

3 整车高压绝缘检测逻辑

高压部件的防护主要包括防水、机械防护及高压警告标识等。尤其是布置在机舱外的部件，如电机及其控制系统、电动空调系统、DC/DC电压转换器、车载充电机等以及它们中间的连接接口，都需要达到一定的防护等级，电动车整车基础布置如图1所示。高压部件应具有高压危险警告标识，以警示用户与维修人员在保养与维修时注意这些高压部件。为提示和警示用户与维修人员，高压线束应采用橙色线缆并用橙色波纹管对其进行防护[2]。并且所选高压连接器防护等级应不低于IP67等级。

纯电动车绝缘检测一般由电池管理系统（BMS）进行绝缘检测，检测方法一般为电桥平衡法。若电池管理系统检测到整车回路中出现绝缘故障，即上报整车控制器（VCU），由整车控制器进行下电或停车指令下发。当汽车高压附件设备发生绝缘、短路时，高压管理系统会通过对接触器触点和相关控制接触器闭合的有效指令进行综合判定，若检测出相关电路故障，仪表会发出声光报警以提示驾驶员。

图1 纯电动汽车高压系统框图

纯电动车绝缘故障分为三个等级，一级500Ω/V[3]，二级300Ω/V，三级100Ω/V；一般故障处理逻辑为：

一级故障进行报警提示；

二级故障进行报警提示，并对车辆限速；

三级故障进行报警提示，并对车辆限速，按车辆状态进行强制延迟下电。

4 故障原因排查

纯电动车报绝缘类故障多发于下雨天或洗车后，一般检修排查需穿戴绝缘防护装置。排查步骤如下：

（1）处理电动车绝缘类故障优先断开车辆高压回路快断器（MSD），保证车辆高压回路处于断开状态；

（2）根据不同车型高压回路布置，一般优先对电池、电机控制器等高压电器接插件进行目测排查，检查是否有明显未插紧进水或线束明显磨损破皮等情况；若插件存在未插紧进水或高压线束破皮情况，则此处可能为绝缘故障点，如图2所示：

图2 高压插件未插紧照片

图3 测绝缘电阻

（3）若无明显进水点或破皮情况，则可断开整车动力电池高压插件，分别测量电池端和线束端对地阻值，若电池端阻值小于标准值即为电池发生绝缘故障；若电池正常，线束端阻值异常，则再次分步断开下一级高压电器件，再次测量，直至测量到最小拆分件，则该件为绝缘故障件；

（4）绝缘测试只能在不通电的电路上进行，按图3所示设定绝缘电阻测量；

（5）若电池端阻值正常，线束端异常，则根据实际车型高压回路走向，断开下一高压节点进行测量。直至明确故障点。

亦可从高压回路中某处方便操作点断开高压回路，再分别测试断开高压回路两端的阻值，对于低于标准阻值端继续拆分测量。

备注：电机控制器（空压机控制器、转向控制器）等内部存在电容模块，需在电容完全放电后进行绝缘测量，且因电容原因，实际测量阻值小于（用500V测试绝缘，阻值在MΩ级别以上，且在持续增加）绝缘检测标准，一般属正常情况。

5 解决方案

由于绝缘类故障属软故障类，不易对故障点进行快速准确定位。一般绝缘故障处理方案如下：

（1）零部件进水绝缘，直接更换零部件；

（2）线束破皮绝缘，直接更换故障线束；

（3）高压连接器对插处进水绝缘，对于轻度故障（一级或二级），可在确定故障原因为未插紧后，现场对水渍擦拭（穿戴防护设备）或晾干后即可恢复；

（4）对于线束质量问题或线束端插接尾部进水等情况，需更换线束。

通过擦拭水渍或风机吹干等方式可对绝缘故障进行临时处理，最终需在查明故障原因后针对性进行处理，不能通过临时吹干或晾干等方式处理后直接交付客户。

6 结论

根据不同车型，不同高压拓扑及原理设计，纯电动车绝缘类故障可能原因如下：

（1）选用高压零部件防水等级较低，车辆淋雨或洗车后出现零部件进水导致车辆绝缘故障；

（2）高压线束磨损破皮，高压线芯与车架/屏蔽层等搭铁导通，导致车辆绝缘故障；

（3）高压插件处未插紧，插件无密封及防水性，导致插件处进水绝缘；

（4）高压插件防水等级不足或线束厂家制作存在质量问题，淋水后导致插件进水绝缘；

（5）高压插件布置在湿区，长时间淋水导致水渍渗入后绝缘；

（6）高压零部件内部易出现高低温变化导致，环境温差较大，若内部空腔湿度较大，可能导致内部空腔水蒸气冷凝至高压连接处，造成车辆绝缘故障；

（7）人为操作问题，充电后未关闭充电插座盖子等；

（8）车辆误报绝缘故障。

根据上述可能产生绝缘故障原因，可通过前期设计、车辆生产、售后服务等多阶段进行预防及规避。对应预防或处理方案如下：

（1）纯电动车整车由高压进行驱动，在高压零部件设计选型时，应综合考虑车辆运行区域，运行环境，零部件布置位置。对于湿区或外露零部件，一般高压电器件防护选择IP67以上，干区高压零部件可适当减低；

（2）电动车高压电缆一般采用单芯[4]或多芯[5]屏蔽电缆，需外加波纹管进行防护，并综合考虑线束走线应不与其他零部件发生干涉或相对运动，高压走线应避开高低温油管气管等；

图4 连接器插件到位示意图

（3）纯电动车电缆连接为保证方便检修及插拔，一般选用快插连接器，部分快插连接器有互锁功能。可通过检测互锁状态判断插件插接是否到位，如图4所示。车辆生产过程、售后过程中都可能出现因人工插接不到位等情况，导致插件处进水绝缘插件未插接到位也可能导致连接处虚接，大电流通过后可能出现烧毁或起火等情况；

（4）电动车高压插件一般选择防护等级不小于IP67；所有高压连接器都有针对线束厂做线的工艺指导说明书，要求线束厂家按做线工艺要求制作即可。且装车后走线平顺，插件尾部线束无较小折弯角；

（5）电动车整车高压线束走线应考虑连接处避开湿区，避免连接器长时间淋水导致绝缘故障；

（6）部分高压设备（如电机、电机控制器等）内部存在外漏高压电缆等情况，若设备经常出现高低温变化，可能造成内部水汽凝结导致绝缘，可通过前期对高压设备运输、储存时进行防水保护，并在内部增加导流等结构避免有水汽或水汽冷凝导致绝缘情况；

（7）可在前期设计阶段对充电插座处增加防护罩或防护壳，并引导客户正确使用；

（8）纯电动车绝缘检测一般由电池管理系统（BMS）进行绝缘检测，若电池管理系统（BMS）绝缘检测模块出现故障，可能导致车辆误报绝缘故障。