新能源汽车动力电池无法上高压故障诊断与维修

关键词：新能源汽车；动力电池；上高压，故障诊断；维修

中图分类号： U472.9 文献标识码：A

0引言

近年来，在政策和市场双重作用下，新能源汽车行业飞速发展，2023年新能源汽车新车销量已经达到新车总销量的31.6%。动力电池又称电池包，是新能源汽车的核心部件，由于新能源汽车保有量持续增加，汽车后市场维修人员对动力电池知识储备不足的问题逐步显现，维修动力电池相关的故障存在困难。无法上高压是动力电池发生频次最高的故障类型之一，该故障是指新能源汽车在起动或行驶过程中，动力电池无法为整车提供高压，导致车辆无法正常运行。这一故障现象通常伴随着车辆无法起动、行驶中突然失去动力、仪表盘告警等情形。

1新能源汽车动力电池高压上电原理

新能源汽车高压系统主要包含直流充电插座、充配电系统总成、电机控制器和动力电池等[1]。高压上电指的是动力电池接收到整车的相关指令请求后，正确地执行闭合高压开关的动作，并向整车提供高压能源。以2023年款上汽通用五菱缤果EV车型为例，其动力电池高压上电流程如下（图1）。

（1）当车辆钥匙挡位处于ACC挡，整车控制器（VCU）发送整车模式为“初始化”。同时电池管理系统（BMS）经KL15唤醒，BMS低压上电开始工作，BMS进行自检并判断系统有无严重故障.

（2）当车辆钥匙挡位进一步处于ON挡且充电枪未连接在整车上、VCU自检无禁止上电故障，此时VCU会发送“请求闭合高压开关”指令。BMS接收到“请求闭合高压开关”指令后，依次闭合预充继电器和主负继电器，接着进行内电压（图2中，采集点1和采集点2间电压）和外电压（图2中，采集点3和采集点4间电压）的差值检测。如果内外电压值一致，则BMS发送“预充正常”，随后BMS闭合主正继电器、断开预充继电器，电池系统输出高压。

从高压上电流程图可以看出，动力电池上高压失败，可能出现在两个阶段。

（1）首先是BMS自检阶段。如果检测到电池系统存在严重故障，则BMS无法执行接收到的VCU“请求闭合高压开关指令”。常见的严重故障包括：单体欠压、单体过压、压差过大、绝缘值过低、高压互锁故障等。

（2）其次是预充阶段。当动力电池高压回路出现断路时，BMS检测到内外电压差值异常，发送“预充失败”报文，并断开预充和主负继电器，也会导致上高压失败。常见高压回路断路情形有：熔断器熔断、继电器损坏、汇流排断裂、高压铜排松脱等。当电池系统模块存在故障导致整车无法上高压时，则需要对动力电池开展进一步的具体故障点定位和维修。

2动力电池无法上高压的常见故障

2.1高压互锁故障

高压互锁回路（HVIL）是新能源汽车不可或缺的重要一环，其利用低压信号（一般是12.00V、5.00V或PWM脉冲波）监测车辆高压回路，用以检验整车高压部件、电气线路、高压导线连接器等电气设备插接完整性，确保人员与车辆安全[2]。

在设计高压插件结构时，高压端子要比互锁检测端子更长（图3）。在高压插件插入过程中，高压端子先接合，互锁检测端子后接合；在高压插件拔出过程中，互锁检测端子先脱离接触，高压端子后脱离接触。

高压互锁回路的保护作用体现在两点：首先，在整车高压上电前，检测动力电池插件或线缆是否完全连接好，保证动力电池输出的高压在封闭的线缆环境下工作；其次是在车辆行驶过程中，如果高压系统回路因振动、撞击等受损或突然断开，第一时间发出告警并下高压，提升整车安全性。高压互锁回路发生故障时，动力电池无法上高压。

2.2绝缘故障

动力电池绝缘检测的本质，是通过检测高压回路正极、负极直流母线对壳体（车身搭铁）的绝缘电阻。动力电池内部因空间和成本受限，无法搭载专门的绝缘检测仪器，通常是在BMS硬件内集成绝缘检测模块。将动力电池正极和负极作为2个桥臂，搭铁作为1个桥臂，另外在正极、负极之间串联2个等值的大电阻和2个投切开关，电阻之间是1个桥臂，这样构成了一个平衡电桥电路。当改变投切开关的断开、闭合状态时，通过测量此时的正极、负极电压，可以得到正极、负极等效电阻的方程，最终计算出正极和负极分别对壳体的绝缘电阻值[3]。

动力电池内部有大量的电芯和高低压线缆、电气组件，这些部件之间需要保持较高的绝缘强度，以防止电流泄露或短路。当绝缘材料破损、箱体进水或电池内部的线路连接松动，可能会导致动力电池绝缘降低，引发安全问题。BMS检测到动力电池绝缘过低的情况，会发出绝缘告警，同时禁止动力电池上高压。

2.3压差故障

压差指的是动力电池内部不同电芯之间的电压差异，是影响电池性能表现的关键指标之一。动力电池在堆叠成组前，主要通过测量电压和内阻进行分挡，将同挡位的电芯堆叠进同一台动力电池，提高性能一致性。每个单体电芯的自放电率有差异，在寿命前期一般影响不大，随着充放电的循环次数增加，单体间的静态压差和动态压差会不断增大，直接导致电池的放电容量和能量降低，最终缩短动力电池的循环寿命。另外，电芯如果产生硫酸盐化等异常，会使电池电压明显减小，对电池压差造成显著影响。造成动力电池压差故障的常见情形包括：电芯内部故障、汇流排故障、低压采集线束故障和采样模块或插件损坏等[4]。

2.4高压回路硬件故障

动力电池高压回路，由若干电芯、汇流排、高压线缆、继电器和熔断器等部件串联组成。

（1）汇流排是首尾相连焊接在每个电芯正负极耳上的器件，通常为铝材质，如果汇流排存在虚焊，将无法把电芯串联起来形成高压。

（2）继电器是采用低压电流控制工作触点闭合或断开，从而达到控制高压回路通断的器件，其内部触点如果失效也会导致高压回路无法导通。

（3）熔断器作为电流导体的同时，还担任着保护其他部件不受损坏的角色，其通常根据动力电池总成的工作电流大小进行选型。熔断器流过超阈值电流时会熔断的特性，可以有效防止其他部件被过载电流烧坏。

这些电器组件作为动力电池高压回路不可或缺的组成部分，其中任何一个出现故障，都可能导致动力电池高压回路无法连通，进而导致动力电池上高压失败。

3动力电池无法上高压常见故障诊断与维修

3.1高压互锁故障诊断与维修

整车的高压互锁回路，通常包含动力电池高压互锁回路和充配电系统高压互锁回路两部分，其检测原理一样。以下针对动力电池高压互锁回路做故障和维修分析。

动力电池高压互锁回路由动力电池、直流充电插座高压导线连接器、充配电总成高压导线连接器和电机控制器高压导线连接器组成。高压互锁回路连接状态由BMS实时检测，在故障排查时，可以采用以下几种方法。

（1）观察法。逐一检查所有连接器是否连接完好，有无松脱、一级和二级锁扣未完全锁止的情况。如果正确插接后无故障发出，说明是插接不到位的问题；如果正确插接后仍然存在故障，则需要进一步排查连接器本身的问题。

（2）短接法。将疑似故障的连接器取下，使用导线将两个互锁端子短接起来。如果此时BMS不再发出高压互锁故障，说明是连接器问题，可以进一步检查连接器的互锁端子是否出现的退针的情况，维修方法为重新进行插针或更换连接器。

（3）测量通断法。如果经上述排查后故障仍然存在，说明是动力电池内部的线路问题，需要进一步拆开箱盖进行检查。开盖检修时，将万用表正负表笔搭接在互锁线束的两端，如果阻值接近0Ω，说明该段线束正常，如果阻值远大于0Ω或趋于无穷大，说明该段线束断路。维修方法：更换线束或手动接线后使用绝缘胶布包扎。

一辆上汽通用五菱缤果EV车型因报高压互锁故障、无法上电而进店维修。维修人员按上述方法进行排查，发现高压连接器插接状态良好；使用导线将互锁端子短接起来，仍然报高压互锁故障。最后拆开动力电池箱盖检查，定位问题为动力电池内部高压互锁线束连接端子孔位变形扩大，导致针脚退针、接触不良（图4），高压互锁检测回路开路。维修人员将该段互锁线束更换后，高压互锁故障消失，返修后车辆成功上电。

3.2绝缘故障诊断与维修

在整车设计上一般设置3级绝缘报警值，分别是1000Ω/V、600Ω/V和100Ω/V。当触发相应级别的绝缘失效时，BMS可根据相关控制策略发出相应的报警信号，并断开高压继电器。常见的绝缘失效模式及其诊断和维修方法有以下几种。

（1）电芯绝缘蓝膜破损。电芯绝缘蓝膜是保证电芯外壳与动力电池箱体保持良好绝缘的零件，如果电芯堆叠时与箱体剐蹭造成绝缘蓝膜破损，或是汇流排焊接过程中焊渣掉落进电芯与结构侧板之间的缝隙，在车辆行驶振动过程中刺破蓝膜，都会导致动力电池绝缘失效。

诊断方法：绝缘失效的电芯，其可视为与动力电池箱体搭铁，可以通过测量电势差的方法定位到具体失效电芯。具体检测方法如图5所示。

维修方法：在找到蓝膜破损电芯后，将电芯拆卸出来重新包覆蓝膜，返修后下线检测合格可以继续使用。

一辆五菱缤果EV动力电池正、负极对搭铁绝缘电阻值分别为0.5MΩ和0.2MΩ，绝缘失效。维修人员测得动力电池负极与壳体（车身搭铁）之间的电势差为9.95V。一般来说，磷酸铁锂单体电芯的外壳电势与电芯正极电势接近，且单体电压一般在3.30V左右。经计算推测，可能为负极端起第3颗电芯绝缘失效搭铁，导致壳体获得9.95V电势。经拆开模组取出电芯检查，发现3号电芯外壳焊接处开裂，电解液渗出接触到壳体，导致系统绝缘失效。

（2）动力电池内部线缆破损。电压采集线束磨损后与箱体短接，会导致采集线束上获得的电势短接到箱体，也会造成绝缘失效，这种情况可以通过观察法进行排查。在找到磨损的线束部位后，维修方法为更换线束或使用绝缘胶布包扎的方法，解决漏电带来的绝缘失效问题。

除此之外，可能的失效模式还有以下几种。

箱体进水潮湿：这种情况也可以通过观察法进行排查，进水不多的情况下需要对动力电池实施清理，干燥后才能继续使用[5]。

BMS硬件失效：由于绝缘检测功能的实现基于平衡电桥电路，如果BMS内部的绝缘检测模块损坏，可能会误报绝缘故障。这种情况可以直接更换BMS硬件进行ABA验证测试，在确认BMS硬件失效后，通过更换零件的方式进行维修。

3.3压差故障诊断与维修

压差故障是动力电池最常见的故障，也是售后维修站面临最多的维修情形，因此提升压差故障的排查和维修技能显得尤为重要，可以从以下几个方面进行压差故障分析和维修。

（1）偶发性的压差过大问题。这种情况需要与客户了解用车习惯，如果是长期静置后无法重新启动，需要测量所有电芯的电压，找到电压偏低或偏高的具体电芯后，记录好编号，安排做一次整包均衡。定期跟踪回访，如果后续相应电芯表现良好，则不需要更进一步浪费成本的维修。

（2）电芯内部故障。一般是由于内部掺杂了异物，导致内部隔膜穿孔、电芯内部自放电，可以通过测量电芯的内阻来排查电芯是否存在此种故障。在识别到故障单体后，可以通过替换单个电芯或模组的形式进行维修。

（3）低压线束接触不良或焊接异常。首先，排查低压采集线束和BMS插件插接是否存在松动、接触不良等异常，如果有类似情况，会导致采集数值跳动，需要安排线束返修或更换BMS硬件。其次，如果检查是电压采集镍片存在漏焊、虚焊的情形，则重新焊接，在维修后验证合格可以装车继续使用。

3.4高压回路硬件故障诊断与维修

动力电池高压回路主要涉及熔断器（熔丝）、高压继电器、电芯间汇流排、动力电池高压线缆，因此故障诊断与维修工作也针对这几个部分展开。

（1）熔断器。当通过熔断器的电流大小超过其工作阈值时熔断器会熔断，该机理可以有效防止其他部件被过载电流损坏。故障诊断方法：正常情况下，动力电池熔断器两端端子间的电阻值接近0Ω，当使用电阻测试仪器测得熔断器的阻值远大于0Ω或显示无穷大时，说明熔断器发生了熔断故障。

维修方法：更换熔断器。此外，熔断器发生熔断通常是由于动力电池连接整车的整个高压回路出现了短路形成过载电流，因此出现该故障时，还需检修动力电池内部以及整车上连接动力电池的整个高压回路是否存在异常短路点，并进行修复。

（2）高压继电器。当继电器内部触点失效无法闭合以及内部触点异常粘连时均会导致高压回路无法正常工作导通[6]。

故障诊断方法：使用匹配继电器低压回路工作电压的电源（通常为12.00V直流），对继电器低压控制线进行供电。正常供电时，继电器低压回路工作，吸合继电器内部线圈从而使高压回路工作触点闭合导通，此时测量继电器2个高压回路工作触点间的电阻会接近0Ω；断开低压供电，此时测量继电器2个高压回路工作触点间的电阻将趋近于无穷大。重复以上步骤验证数次，继电器可以通过低压回路供电和断电实现高压回路的导通和断开说明继电器正常；反之，则说明继电器故障。维修方法：更换继电器。

（3）电芯间汇流排。如果汇流排存在虚焊，则高压回路中断，无法把电芯串联起来形成高压，无法正常向动力电池外部输出高压。

诊断方法：使用万用表，通过电芯极柱上的汇流排测量电芯的电压值1，比对通过电芯极柱直接测量电芯的电压值2，当电压值1＜电压值2，且差值较大时，存在虚焊因素。使用绝缘撬棍检查，进行适当力度翘起，当汇流排在非破形变前出现脱焊，可确认存在虚焊。

维修方法：重新焊接汇流排（图6）。

（4）高压线缆。高压线缆如果存在开路，就会导致整车高压无法形成回路。

诊断方法：使用万用表，拨到测量电阻挡，测量每个线缆的首尾两端。如果万用表显示阻值为0Ω或很接近，且蜂鸣器发出“滴”声响，说明是正常连通的；如果检测阻值是无穷大的，则说明该段线缆断路。

维修方法：如果存在连接处松动，则按规定扭矩重新拧紧，如果是线缆断裂，则更换该段线缆。

4结束语

文章分析了常见的几种造成动力电池上高压失败的故障情形，在处理售后问题时，维修人员可以参考文章提及的故障诊断方法和处理流程，开展维修作业。然而，新能源汽车动力电池的故障诊断与维修是一项专业、复杂的工作，想要真正掌握其中的精髓，需要充分认识到新能源汽车动力电池结构和特点，做好经验总结，并不断开展探索与创新，以推动新能源汽车产业实现更好的发展。

作者简介：

罗兴宏，本科，助理工程师，研究方向为新能源汽车动力电池开发与测试。