2019款北京现代索纳塔插电混动车动力系统报警

◆文/浙江叶飞武技能大师工作室 叶飞武

故障现象

一辆2019年生产的北京现代第九代索纳塔插电混动车型，搭载G4NG型2.0L GDI阿特金森循环的混合动力车型专用汽油发动机，和A6MF2H型6速PHEV专用自动变速器，以及主、副两组宁德时代（CATL）12.9kWh的三元锂动力电池，VIN码为LBELFEKC0JY00＊＊＊＊，行驶里程为45 800km。据车主反映，该车在行驶过程中，混合动力系统报警（仪表弹窗显示“请检查混合动力系统”或“请安全停车后熄火 检查混合动力系统”），同时混合动力系统和发动机系统故障警告灯突然亮起（图1），动力系统受到控制模块的逻辑限制，但车辆依旧能继续行驶。随着故障进一步加剧，如果途中遇红绿灯等情况下车辆停车，故障车有时会立即退出READY状态，一键启动电源OFF后再次上电可以进入READY状态继续行驶。

图1 仪表显示的故障现象

故障诊断与排除

接车后，首先对故障车进行初步检查。将一键启动按钮从OFF状态切换至ON状态时，车辆控制模块自检车辆各系统，仪表显示车辆当前状态正常。操作车辆进入READY状态，车辆各系统也没有出现任何异常。进一步进行上路试车，当将挂挡杆从P挡挂入驱动挡位（R/D挡位）后，车内就能听到轻微的“吱～”连续高频噪音，仔细辨别该噪音来源于后备箱动力电池安装位。松开制动踏板、踩下加速踏板，车辆行驶了一段时间后，突然出现明显的故障，混合动力系统报警（仪表台上的弹窗显示“请检查混合动力系统”或“请安全停车后熄火，检查混合动力系统”）。同时，混合动力系统和发动机系统故障警告灯亮起，动力系统工作受到控制模块的逻辑限制。但是，此时故障车依旧可以行驶。随着故障进一步加重，试车途中遇红灯或其他情况停车（当前是READY状态），故障车有时会立即退出READY状态。出现故障自动下电后无法直接上电，将一键启动按钮重新切换至OFF后再次上电，可以进入READY状态并继续行驶。通过验证故障与描述的故障现象基本一致。

用北京现代专用诊断仪（GDS Mobile）扫描车辆全车电控系统，结果发现BMS（高电压动力电池管理系统）、CGW（通信网络中央网关）和AIRCON（电动空调系统）三个系统中存有多个故障码（图2）。BMS系统记录了多个故障码，其中故障码P0B4A 、P0B59、P0B5E、P0B54、P0B4F、P0B45的含义分别是：混合动力/电动电池电压感应“D、G、H、F、E、C”电路异常；P1B97-高压蓄电池温度偏差。CGW系统记录了故障码B221100-与BMS的CAN通信中断。AIRCON系统记录了故障码B1696-压缩机工作状态故障。

图2 故障车上存储的故障码

另外，查看数据流（图3）发现，动力电池DC电压为6553.5V，异常；“9～16号”动力电池模块温度为“-56℃”，存在明显异常。另外，在监测过程中还发现动力电池模块温度和单体电芯的电压数据偶尔还存在跳变的异常情况。

图3 故障车动力电池数据流

故障车型动力电池包分为主、副两个电池包，每个电池包内分别有4块单模组，每块单模组内置12个单体电芯和2个温度传感器，所有电池模组和单体电池均为串联连接。动力电池的电压和温度由电池单模组内部的监测单元CMU负责监测，CAN数据收发单元BMU进行收发，每个单模组由电池CAN网络（电池局域CAN）与BMS模块连接传递数据。同时，BMS模块与车辆CAN网络（H-CAN（CGW）P-CAN）共享数据，BMS模块根据系统所需的数据对动力电池进行管理（图4）。

图4 故障车型与动力电池相关的CAN网络简图

根据上述检测和相关系统工作原理，对故障车的故障原因进行分析：

1.触发故障码P0B4A、P0B59、P0B5E、P0B54、P0B4F、P0B45、P1B97，可能是由于动力电池单模组（包含单体电芯、监测单元CMU、CAN通信收发单元BMU）、线路连接或BMS模块异常，致使BMS模块不能获取动力电池模组的正常数据；

2.触发故障码B221100，是H-CAN/P-CAN通信正常时，CGW网关模块持续10s内未接收到BMS模块的H-CAN/P-CAN信息，可能是由于BMS模块电源故障或H-CAN/P-CAN网络的BMS模块CAN网络支路出现断路或接触不良所致；

3.触发B1696故障码，是空调控制器（空调面板模块）检测到电动压缩机故障，可能是由于电动空调压缩机高压供电异常、CAN通信信号异常、或电动压缩机自身故障导致。

根据上述分析，首先检查故障车动力电池，未见明显的外在因素导致的故障，对动力系统相关线路的连接进行检查，也未见异常。为了能够提高检测精度，对电池CAN网络进行波形检测，发现波形不符合高速CAN网络特征，最小值和最大值稍有偏差，且变化规律均存在明显异常（图5）。初步判断，该车故障原因可能是动力电池自身异常或BMS模块异常，但倒换动力电池包总成和BMS模块后故障依旧。

图5 动力电池CAN网络波形对比

对AIRCON系统的故障码“B1696-压缩机工作状态故障”进行进一步分析后，决定检测电动空调压缩机高压供电、CAN通信信号和电动压缩机绝缘，但均未见异常。至此，该车故障诊断一时陷入了诊断僵局。无奈之下，决定尝试倒换电动空调压缩机，但故障依旧。

重新梳理诊断思路，根据故障现象分析可能的故障原因，检测仪扫描到的故障码或许不是导致该车故障的直接原因，而是另有原因。将电池CAN网络波形异常作为突破口进行分析，由于电池CAN网络波形异常不是动力电池自身、线路连接和BMS模块异常所致，因此因重点关注电池CAN网络信号是否被干扰。该车电池CAN网络是动力电池包独有的局域CAN，而且采用的是抗干扰的双绞线，如果确实是电池CAN网络受到了干扰，那一定不是一般的弱电磁干扰所致。哪个部件会产生如此强大的干扰源呢？唯一可能的是高电压系统的某个强电流部件存在工作异常。对该车高电压系统所有部件进行逐一排查，尤其是高电压部件。通过排查发现，驱动电机的U、V、W三相线圈与电机外壳的绝缘电阻都只有416kΩ左右（图6），且温度变化时，绝缘电阻有时会更低，正常情况下，绝缘电阻值应大于10MΩ。很显然，该车驱动电机线圈的绝缘电阻异常。更换驱动电机总成（图7）后反复试车，该车故障现象未再出现，故障被彻底排除。

图6 测量驱动电机线圈的绝缘电阻

图7 故障车型驱动电机总成

维修小结

本案例中，故障诊断工作一度陷入僵局，好在笔者及时想到“山穷水尽查电源，海枯石烂找干扰”。早期汽车维修常常是“头痛医头，脚痛医脚”，但随着电控系统在汽车中的应用越来越广泛，跨系统或系统内部件间的相互作用的情况越来越常见，这时如果能变换一下，改用“头痛医脚，脚痛医头”往往会有意想不到的效果。

本案例中，故障车的故障现象比较特殊。正常情况下，高电压部件绝缘异常时，BMS系统会触发“P0AA6-高电压电池绝缘破坏”故障码，但该车却没有生成故障码P0AA6，可能是因为驱动电机的U、V、W三相线圈虽然绝缘电阻异常，但并未完全短路所致。另外，该车驱动电机是在车辆进入READY状态后挂上驱动挡位（R/D挡）、且松开制动踏板后才开始工作，因此车辆进入READY状态、BMS系统自检时，并未检测到驱动电机的绝缘故障。只有在驱动电机工作时，U、V、W三相线圈才会均匀地波动漏电（发生电流高频波动冲击），电流冲击引起PRA（高电压继电器盒）内的主（+）、主（-）继电器产生轻微的“吱～”连续高频噪音。U、V、W三相线圈均匀波动漏电同时会干扰BMS系统电池CAN网络并引发故障。此时，车辆控制单元会误认为此时的驱动电机消耗的电流比较大，但未达到触发故障码P0AA6的阈值。

该车采用湿式油冷永磁同步电机作为驱动电机，所用的冷却油液为自动变速器油，因此在更换变速器油时一定要按照厂家的要求，使用第九代索纳塔插电式混合动力汽车专用变速器油，否则有可能会导致驱动电机过早损坏。