譚仕發(fā)

（眉山職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 四川 眉山 620010）

1 概述

新能源汽車作為汽車產(chǎn)業(yè)的新動(dòng)能正在醞釀重塑產(chǎn)業(yè)力量的大趨勢(shì)。在國(guó)家大力支持下，新能源汽車長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)向好，2019年中國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量超過(guò)120萬(wàn)輛，居全球領(lǐng)先地位。

在新能源汽車快速市場(chǎng)化的背景下，新能源汽車故障頻發(fā)，而相關(guān)的維修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系尚不完善，對(duì)新能源汽車的維修手段主要體現(xiàn)在整個(gè)部件的更換，車主維修成本較高；同時(shí)，新能源汽車后市場(chǎng)技能型服務(wù)人才稀缺，相關(guān)售后服務(wù)問(wèn)題日益凸顯。

新能源汽車頻發(fā)故障，具體表現(xiàn)為故障報(bào)警、限功率運(yùn)行、車輛無(wú)法上電等故障現(xiàn)象，其中車輛無(wú)法完成高壓上電是多數(shù)故障發(fā)生后的車輛最終表現(xiàn)，出現(xiàn)頻率較高，行業(yè)專家對(duì)新能源汽車上電故障、上電流程、上電控制策略已經(jīng)做了大量的研究工作，取得了較好的研究成果［1-3］。

本文以某型純電動(dòng)汽車為例，研究了其上電流程及控制策略，并分析高壓上電故障，READY燈點(diǎn)亮失敗的可能原因，并提出了相關(guān)的診斷方法。

2 高壓上電流程

新能源汽車高壓上電，即動(dòng)力電池輸出高壓電，供給車輛高壓用電設(shè)備，高壓控制盒、電機(jī)控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。

圖1為某型純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的上電過(guò)程原理。圖中MSD表示手動(dòng)維修開(kāi)關(guān)，V1監(jiān)測(cè)MSD的連接良好、動(dòng)力電池串聯(lián)回路連接完好，V2監(jiān)測(cè)預(yù)充電阻后的電壓，V3監(jiān)測(cè)對(duì)負(fù)載的預(yù)充電壓，通過(guò)比較V1、V2、V3電壓值來(lái)判斷各接觸器的連接狀態(tài)，PTC加熱元件對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)保溫。

圖1 動(dòng)力電池上電過(guò)程原理

行車模式下的高壓上電過(guò)程，VCU控制負(fù)極接觸器閉合，再由BMS控制預(yù)充電接觸器，在檢測(cè)到預(yù)充電壓達(dá)到目標(biāo)電壓值后，判斷預(yù)充電成功，閉合正極接觸器，斷開(kāi)預(yù)充接觸器，完成行車模式的高壓上電過(guò)程，通過(guò)對(duì)比分析V1、V2、V3電壓值來(lái)判斷各接觸器的連接狀況。

通過(guò)采集行車模式下正常上電過(guò)程V1、V2、V3電壓值，繪制得到圖2曲線圖。由圖2可知，上電過(guò)程的t1時(shí)刻，動(dòng)力電池系統(tǒng)MSD正常連接，模組之間串聯(lián)良好，V1電壓值為動(dòng)力電池的額定電壓500V；t2時(shí)刻，負(fù)極接觸器閉合，此時(shí)V2與預(yù)充電阻串聯(lián) （圖1），V2電壓低于V1；t3時(shí)刻，預(yù)充接觸器閉合，動(dòng)力電池系統(tǒng)開(kāi)始對(duì)外部高壓電器預(yù)充電，V2與V3并聯(lián)，V2的電壓被拉低，再V2與V3電壓同時(shí)升高；t4時(shí)刻，預(yù)充電完成V2=V3≥90%V1，閉合正極接觸器；t5時(shí)刻預(yù)充接觸器斷開(kāi)，上電完成。

圖2 正常上電過(guò)程電壓曲線

3 控制策略

鑰匙置ON擋后，VCU被喚醒，VCU自檢完成之后，向CAN線發(fā)送第1幀報(bào)文請(qǐng)求閉合高壓互鎖回路使能，同時(shí)喚醒MCU以及BMS，BMS自檢正常后監(jiān)控互鎖回路信號(hào)、檢測(cè)高壓回路絕緣狀況，檢查動(dòng)力電池SOC狀態(tài)，內(nèi)部單體電壓以及電池溫度，判斷整車當(dāng)前的充電或是行車模式，符合高壓上電條件后，執(zhí)行上電程序。實(shí)時(shí)監(jiān)控駕駛員的鑰匙請(qǐng)求，當(dāng)keyon=0后，進(jìn)入低壓電／高壓電的下電流程。圖3為某型純電動(dòng)汽車行車模式下的上電控制策略示意［4-5］。

圖3 行車模式下的上電控制策略示意

其中，高壓回路的絕緣狀況檢測(cè)，將動(dòng)力電池高壓電源作為檢測(cè)電源，在動(dòng)力電池的正負(fù)極以及車輛底盤之間建立橋式阻抗網(wǎng)絡(luò)，如圖4所示。通過(guò)控制電子開(kāi)關(guān)管T1、T2的通斷，改變A、B之間的等效電阻，通過(guò)計(jì)算BMS得到絕緣阻值，并進(jìn)行絕緣性能的判定。

另外，整車在高壓上電前須確保高壓回路的完整性，使高壓處于封閉的環(huán)境下運(yùn)行，通常BMS發(fā)出并監(jiān)測(cè)12V低壓電氣信號(hào)，檢測(cè)高壓部件、高壓接插件、護(hù)蓋等的連接完整性。

圖4 橋式阻抗網(wǎng)絡(luò)電路

4 故障診斷

新能源汽車無(wú)法上高壓，READY燈點(diǎn)亮失敗，類似這種故障時(shí)有發(fā)生，且各品牌各車型都有出現(xiàn)類似案例，引起上電失敗的原因也層出不窮。從上電過(guò)程總結(jié)，第1類初始化階段，各控制器未完成自檢，動(dòng)力電池SOC太低，單體壓差過(guò)大，動(dòng)力電池過(guò)溫／過(guò)冷；第2類如絕緣阻值過(guò)低，絕緣監(jiān)測(cè)報(bào)故障；互鎖回路不完整，無(wú)法監(jiān)測(cè)到低壓電氣信號(hào)，報(bào)互鎖故障；第3類執(zhí)行高壓上電階段，接觸器的非正常通斷造成預(yù)充電的失敗或超時(shí)，如圖5、圖6所示。

圖5 非正常上電曲線示例1

圖5 所示的上電故障發(fā)生在負(fù)極接觸器閉合后的t2時(shí)刻，負(fù)極接觸器閉合后，檢測(cè)V2電壓小于V1電壓的50%，且未到t3時(shí)刻，預(yù)充接觸器還未閉合，而V3電壓逐漸升高，已經(jīng)開(kāi)始了預(yù)充電過(guò)程。于是設(shè)置判定條件：負(fù)極接觸器閉合V2≤50%V1，且120~150ms后，V2電壓達(dá)到V1電壓的80%，則判定為預(yù)充接觸器粘連故障。

圖6所示的上電故障發(fā)生在t4時(shí)刻，預(yù)充完成，閉合正極接觸器。由于正極接觸器未能正常閉合，100ms后斷開(kāi)預(yù)充接觸器，預(yù)充電容通過(guò)放電電阻釋放電能，V3電壓降低。于是設(shè)置判定條件為：閉合正極繼電器，斷開(kāi)預(yù)充繼電器后，V3電壓沒(méi)有達(dá)到V1電壓的95%以上，則判定正極繼電器斷路。

圖6 非正常上電曲線示例2

動(dòng)力電池執(zhí)行上高壓階段出現(xiàn)上電失敗的其他案例，通過(guò)采集分析V1、V2、V3的電壓數(shù)據(jù)，判定出在設(shè)定的上電時(shí)刻有沒(méi)有執(zhí)行相應(yīng)的指令，從而推斷出故障點(diǎn)的位置，如MSD的未連接或熔斷器燒壞，負(fù)極接觸器粘連、預(yù)充接觸器粘連、預(yù)充電阻燒壞、正極接觸器粘連等。

5 結(jié)論

針對(duì)新能源汽車上電故障問(wèn)題，本文以某型純電動(dòng)汽車為例，分析其上電流程及控制策略，得出以下建議。

1） 各控制器自檢未完成，檢查各控制器的“ON”、“CHG”或“WAKE UP”信號(hào)以及相互間CAN通信狀況。

2） 絕緣故障，檢查高壓線束破損情況，檢查高壓插接器有無(wú)泥沙雜物進(jìn)入，分別檢查高壓部件、高壓線束正負(fù)極對(duì)車身搭鐵的絕緣阻值。

3） 高壓互鎖故障，依車型手冊(cè)找出互鎖回路連接狀況，檢查互鎖回路的導(dǎo)通情況，檢查互鎖回路的電氣信號(hào)。

4） 動(dòng)力電池執(zhí)行上高壓階段，通過(guò)采集分析V1、V2、V3的電壓數(shù)據(jù)，判定出在設(shè)定的上電時(shí)刻有沒(méi)有執(zhí)行相應(yīng)的指令，從而推斷出故障點(diǎn)的位置。