电动汽车高压系统故障诊断策略分析

王仁群 单耀辉 铁浩源

摘要： 本文介绍了电动汽车高压系统组成及高压上电控制策略，以帝豪EV450高压系统作为研究对象，分析电动汽车高压无法上电常见故障原因。以流程图形式解析低压无法上电、高压互锁及高压附件等故障，并通过案例展示了电动汽车高压系统故障诊断策略。

Abstract： This article introduces the composition of the electric vehicle high-voltage system and the high-voltage power-on control strategy. Taking the EV450 high-voltage system as the research object， it analyzes the common fault causes of the electric vehicle high-voltage failure to power on. It analyzes the failures of low-voltage failure to power on， high-voltage interlocks， and high-voltage accessories in the form of a flowchart， and demonstrates the fault diagnosis strategy of the high-voltage system of electric vehicles through cases.

关键词： 电动汽车;高压上电;帝豪EV450;故障诊断

Key words： electric vehicle;high voltage system;EV450;fault diagnosis

中图分类号：U472.43                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）03-0094-03

0  引言

新能源电动汽车高压系统主要由电驱动系统和高压附件组成，电驱动系统主要包括电池、电机和电机控制器，高压附件主要包括PTC、车载充电机、DC/DC、空调压缩机、充电口以及高压分配盒。不同车型高压部件在车上布置形式不一致，有些车辆会将某些部件进行集成，以图1帝豪EV450高压系统为例，车载充电机和高压分配盒集成在一起，电机控制器和DC/DC集成在一起。当高压系统出现故障会影响车辆行驶，严重时会影响整车高压上电。当高压系统出现故障，首先需要了解高压系统结构组成、布局、工作原理及安全防护，才能对故障进行诊断维修。

1  整车高压上电原理分析

电动汽车高压上电基本逻辑是车身防盗认证通过，低压上电完成，即ON档电上电完成后，唤醒各控制单元，相关控制单元进行动力防盗验证及自检。动力防盗认证通过及自检无（严重）故障，BMS控制主负、预充接触器闭合进行预充，预充完成后控制主正接触器闭合，完成高压上电，同时仪表显示“OK”或者“READY”，即动力上电完成。从系统控制逻辑分析，高压上电过程分为两部分：分别为低压上电和高压上电。

1.1 低压上电原理分析

汽车正常运行都是在低压上电成功后，唤醒各控制单元，由控制单元根据输入信号，经过计算控制相应的执行器动作来控制车辆运行，所以整车正常工作的前提是要保证低压上电成功。为了保证车辆安全，现代车辆都设计有防盗系统，包括车身防盗及动力防盗，一般车身防盗影响低压上电。低压上电基本逻辑是控制单元（一般为BCM，有些为无钥匙控制单元）接收到驾驶员上ON档电信号（即钥匙拧到ON档，或按下一键起动车辆的点火开关），首先进行车身防盗认证，控制单元激活低频天线搜索钥匙，钥匙被激活后，将自身ID等信息以高频信号发送给高频天线（高频天线有独立的，也有集成的，目前以集成的居多），并传输给模块进行防盗验证。以帝豪EV450为例，如图2低压系统上电原理所示，防盗验证通过后BCM控制IG（即ON档）继电器动作，给整车提供IG电，仪表点亮，各控制单元被唤醒激活进入工作状态，低压上电完成。

1.2 高压上电原理分析

目前汽车都设有动力防盗，即低压上电完成以后系统进行动力防盗验证，同时系统进行自检，自检完成后BMS控制主负接触器和预充接触器闭合，控制单元检测到预充完成后控制主正接触器闭合，高压上电完成。以帝豪EV450为例分析，如图3所示，低压上电完成后，VCU与BCM通过CAN总线交换信息完成动力防盗验证。同时VCU确认是否接受到制动开关信号，检测高压互锁是否正常，BMS检测动力电池，PEU自检等，所有检测通过后，BMS控制接触器先后闭合，完成高压上电。

2  低压无法上电

根据图1低压上电系统原理图所示，低压无法上电故障可能原因有钥匙故障、点火开关本体及线路故障、BCM本体及供电故障、IG继电器本体及线路故障。在检查上电故障前，先检查遥控功能及无钥匙进入功能，当遥控及无钥匙功能都正常，根据上电控制逻辑及故障现象可初步判断故障可能产生部位，通过测量确认故障点，诊断流程见图4所示。

3  高壓无法上电

低压上电完成，动力防盗解除后，涉及到高压无法上电故障，主要为电驱动系统、高压部件故障及其控制单元，包括VCU、BMS、PEU、OBC、PTC、空调压缩机等。具体流程见图5高压上电故障排除流程。

3.1 高压互锁故障

高压互锁是指通过低压信号来检查电动汽车上所有与高压母线相连的各分路，包括整个电池系统、导线、连接器、DCDC、电机控制器、高压盒及保护盖等系统回路的电气连接完整性。当系统检测到高压互锁系统出现故障，为了保证安全，会禁止上高压电[1]。以图6帝豪EV450高压互锁系统为例进行分析，VCU的HVIL OUT即CA67/76输出一个0-3.3V的占空比信号，HVIL IN即CA66/58提供一个12V的参考电压，当线路连接完整时，整个线路上的波形为0-12V的占空比信号。当相关的高压部件盖子处于打开状态，或者互锁检测线路出现故障，整条线上电压值会出现变化，在检测的过程中应该采用二分法，将整个需要检测的部分从中间一分为二，通过次方法可以合理缩短测量步骤。当测量点的电压值为12V，说明测量点至VCU的CA67/76之间有断路，接下来就可以通过测量电阻依次排查。当测量点测量值为0-3.3V的占空比信号，说明测量点至VCU的CA66/58之间有断路存在，通过测量电阻可以将排查出故障点。

以线路断路为例，分析故障检测与诊断思路。踩下制动踏板，按下点火开关，高压上电完成“ready”灯无法正常点亮，蓄电池指示灯、整车系统故障指示灯点亮[2]，仪表右侧驻车灯正常点亮，车辆驱动模式指示灯ECO正常点亮，同时动力电池主正、主负继电器不动作，高压不上电，制动踏板高度反应正常，档位无法切换至D或R。将点火开关置于ON位置，读取并清除DTC。读取整车故障码，可读到以下故障码：P1C4096，高压互锁故障;P1C8E04，高压互锁输出信号断路。

可能原因为：整车控制VCU至电机控制器、车载充电机、空调压缩机、PTC加热器之间高压互锁连接线路断路、虚接、短路故障。测量VCU的高压互锁CA67/76的波形。（图7、图8）

所以此时互锁线路中可能存在断路的情况，或者VCU内部故障。因此可能原因为：高压互锁线路断路;或者VCU自身硬件故障或者软件故障。分别测试入测试高压互锁线路中各模块两端端子的波形，结果测试BV10/26端的波形显示为幅值接近+B的一条直线，BV11/4的波形为幅值为3.3V的一条方波说明车载充电机BV10/26至电机控制器BV11/4线路断路。最后通过电阻测量确认故障点。（图9、图10）

3.2 高压部件故障

高压部件主要包括电驱动系统故障和高压附件故障，以电驱动系统故障为例进行分析。（图11）

故障现象：踩制动踏板数次后并保持，打开点火开关后，仪表点亮正常，可运行指示ready灯无法正常点亮，蓄电池指示灯、整车系统故障指示灯点亮，此时右侧故障提醒警告灯、EPB故障警告灯、ESC故障警告灯也点亮。同时动力电池主正、主负继电器不动作，制动踏板高度没有降低，高压不上电。此时档位只能从P切换至N，或是从N切换至P，而驱动档D档和R档无法切换。

可能原因：驱动系统包含驱动电机及控制器MCU、减速器控制系统、ABS、ESC、EPB、电子换挡器。如果减速器控制系统、ABS、ESC、EPB、电子换挡器出现故障，将严重影响行车安全，结合车辆控制逻辑，车辆将禁止切换任何档位，同时保持档，EPB电子手刹不会解锁。而此时档位可以切换至N或P档，只是无法切换至驱动档D或R档，说明减速器控制系统、ABS、ESC、EPB、电子换挡器正常，故障应该为驱动电机控制器MCU故障造成仪表上代表驱动系统的故障提醒警告灯、EPB故障警告灯、ESC故障指示灯也点亮，同时导致VCU、BMS禁止上高压，DC-DC禁止启动，同时仪表上蓄电池指示点亮，制动真空泵没有启动工作因此，导致这一现象的则可能由于以下一项或多项造成：①电机控制器电源线路故障;②电机控制器P-CAN的故障;③电机控制器的自身硬件或软件故障[3]。

读取故障码：VCU读到电机控制器无法通讯的故障码，且无法进入电机控制器。

测量MCU的+B的供电电压，测试条件：打开点火开关，用万用表测MCU的BV11/26端子对地电压，标准为+B，检测结果为0V，说明上游电路存在断路或对地断路可能原因为：①EF32损坏;②EF32至MCU的BV11/26端子线路断路;③EF32上游供电线路断路。

测量EF32的输出端电压，测试条件：打开点火开关，用万用表测EF32的输出端电压，标准为+B，异常，同一段线两端电压相差为+B，说明EF32至MCU的BV11/26端子线路断路。

4  结语

各车系电动汽车高压部件系统的组成及控制策略总体来说基本类似，且高压上电需要有严格的安全检测保证，高压系统部件及线路完整性即高压互锁无故障。当出现高压上电故障，首先要检测是低压系统故障导致高压无法上电，还是高压系统本身出现故障，当对高压系统进行检测时需要做好个人防护。

参考文献：

[1]景志敏.高压互锁故障导致纯电动汽车不能上高压诊断分析[J].汽车实用技术，2020（04）：210-211.

[2]何寿柏.故障指示灯在新能源汽车动力電池系统的应用[J].汽车实用技术期刊，2020，45（18）：177-179.

[3]田鑫.基于HIL的车用电机控制器故障保护策略测试[J].电机与控制应用期刊，2019，46（11）：82-87.