關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē)；動(dòng)力電池；上高壓，故障診斷；維修

中圖分類(lèi)號(hào)： U472.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

近年來(lái)，在政策和市場(chǎng)雙重作用下，新能源汽車(chē)行業(yè)飛速發(fā)展，2023年新能源汽車(chē)新車(chē)銷(xiāo)量已經(jīng)達(dá)到新車(chē)總銷(xiāo)量的31.6%。動(dòng)力電池又稱(chēng)電池包，是新能源汽車(chē)的核心部件，由于新能源汽車(chē)保有量持續(xù)增加，汽車(chē)后市場(chǎng)維修人員對(duì)動(dòng)力電池知識(shí)儲(chǔ)備不足的問(wèn)題逐步顯現(xiàn)，維修動(dòng)力電池相關(guān)的故障存在困難。無(wú)法上高壓是動(dòng)力電池發(fā)生頻次最高的故障類(lèi)型之一，該故障是指新能源汽車(chē)在起動(dòng)或行駛過(guò)程中，動(dòng)力電池?zé)o法為整車(chē)提供高壓，導(dǎo)致車(chē)輛無(wú)法正常運(yùn)行。這一故障現(xiàn)象通常伴隨著車(chē)輛無(wú)法起動(dòng)、行駛中突然失去動(dòng)力、儀表盤(pán)告警等情形。

1新能源汽車(chē)動(dòng)力電池高壓上電原理

新能源汽車(chē)高壓系統(tǒng)主要包含直流充電插座、充配電系統(tǒng)總成、電機(jī)控制器和動(dòng)力電池等[1]。高壓上電指的是動(dòng)力電池接收到整車(chē)的相關(guān)指令請(qǐng)求后，正確地執(zhí)行閉合高壓開(kāi)關(guān)的動(dòng)作，并向整車(chē)提供高壓能源。以2023年款上汽通用五菱繽果EV車(chē)型為例，其動(dòng)力電池高壓上電流程如下（圖1）。

（1）當(dāng)車(chē)輛鑰匙擋位處于ACC擋，整車(chē)控制器（VCU）發(fā)送整車(chē)模式為“初始化”。同時(shí)電池管理系統(tǒng)（BMS）經(jīng)KL15喚醒，BMS低壓上電開(kāi)始工作，BMS進(jìn)行自檢并判斷系統(tǒng)有無(wú)嚴(yán)重故障.

（2）當(dāng)車(chē)輛鑰匙擋位進(jìn)一步處于ON擋且充電槍未連接在整車(chē)上、VCU自檢無(wú)禁止上電故障，此時(shí)VCU會(huì)發(fā)送“請(qǐng)求閉合高壓開(kāi)關(guān)”指令。BMS接收到“請(qǐng)求閉合高壓開(kāi)關(guān)”指令后，依次閉合預(yù)充繼電器和主負(fù)繼電器，接著進(jìn)行內(nèi)電壓（圖2中，采集點(diǎn)1和采集點(diǎn)2間電壓）和外電壓（圖2中，采集點(diǎn)3和采集點(diǎn)4間電壓）的差值檢測(cè)。如果內(nèi)外電壓值一致，則BMS發(fā)送“預(yù)充正?！保S后BMS閉合主正繼電器、斷開(kāi)預(yù)充繼電器，電池系統(tǒng)輸出高壓。

從高壓上電流程圖可以看出，動(dòng)力電池上高壓失敗，可能出現(xiàn)在兩個(gè)階段。

（1）首先是BMS自檢階段。如果檢測(cè)到電池系統(tǒng)存在嚴(yán)重故障，則BMS無(wú)法執(zhí)行接收到的VCU“請(qǐng)求閉合高壓開(kāi)關(guān)指令”。常見(jiàn)的嚴(yán)重故障包括：?jiǎn)误w欠壓、單體過(guò)壓、壓差過(guò)大、絕緣值過(guò)低、高壓互鎖故障等。

（2）其次是預(yù)充階段。當(dāng)動(dòng)力電池高壓回路出現(xiàn)斷路時(shí)，BMS檢測(cè)到內(nèi)外電壓差值異常，發(fā)送“預(yù)充失敗”報(bào)文，并斷開(kāi)預(yù)充和主負(fù)繼電器，也會(huì)導(dǎo)致上高壓失敗。常見(jiàn)高壓回路斷路情形有：熔斷器熔斷、繼電器損壞、匯流排斷裂、高壓銅排松脫等。當(dāng)電池系統(tǒng)模塊存在故障導(dǎo)致整車(chē)無(wú)法上高壓時(shí)，則需要對(duì)動(dòng)力電池開(kāi)展進(jìn)一步的具體故障點(diǎn)定位和維修。

2動(dòng)力電池?zé)o法上高壓的常見(jiàn)故障

2.1高壓互鎖故障

高壓互鎖回路（HVIL）是新能源汽車(chē)不可或缺的重要一環(huán)，其利用低壓信號(hào)（一般是12.00V、5.00V或PWM脈沖波）監(jiān)測(cè)車(chē)輛高壓回路，用以檢驗(yàn)整車(chē)高壓部件、電氣線路、高壓導(dǎo)線連接器等電氣設(shè)備插接完整性，確保人員與車(chē)輛安全[2]。

在設(shè)計(jì)高壓插件結(jié)構(gòu)時(shí)，高壓端子要比互鎖檢測(cè)端子更長(zhǎng)（圖3）。在高壓插件插入過(guò)程中，高壓端子先接合，互鎖檢測(cè)端子后接合；在高壓插件拔出過(guò)程中，互鎖檢測(cè)端子先脫離接觸，高壓端子后脫離接觸。

高壓互鎖回路的保護(hù)作用體現(xiàn)在兩點(diǎn)：首先，在整車(chē)高壓上電前，檢測(cè)動(dòng)力電池插件或線纜是否完全連接好，保證動(dòng)力電池輸出的高壓在封閉的線纜環(huán)境下工作；其次是在車(chē)輛行駛過(guò)程中，如果高壓系統(tǒng)回路因振動(dòng)、撞擊等受損或突然斷開(kāi)，第一時(shí)間發(fā)出告警并下高壓，提升整車(chē)安全性。高壓互鎖回路發(fā)生故障時(shí)，動(dòng)力電池?zé)o法上高壓。

2.2絕緣故障

動(dòng)力電池絕緣檢測(cè)的本質(zhì)，是通過(guò)檢測(cè)高壓回路正極、負(fù)極直流母線對(duì)殼體（車(chē)身搭鐵）的絕緣電阻。動(dòng)力電池內(nèi)部因空間和成本受限，無(wú)法搭載專(zhuān)門(mén)的絕緣檢測(cè)儀器，通常是在BMS硬件內(nèi)集成絕緣檢測(cè)模塊。將動(dòng)力電池正極和負(fù)極作為2個(gè)橋臂，搭鐵作為1個(gè)橋臂，另外在正極、負(fù)極之間串聯(lián)2個(gè)等值的大電阻和2個(gè)投切開(kāi)關(guān)，電阻之間是1個(gè)橋臂，這樣構(gòu)成了一個(gè)平衡電橋電路。當(dāng)改變投切開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)、閉合狀態(tài)時(shí)，通過(guò)測(cè)量此時(shí)的正極、負(fù)極電壓，可以得到正極、負(fù)極等效電阻的方程，最終計(jì)算出正極和負(fù)極分別對(duì)殼體的絕緣電阻值[3]。

動(dòng)力電池內(nèi)部有大量的電芯和高低壓線纜、電氣組件，這些部件之間需要保持較高的絕緣強(qiáng)度，以防止電流泄露或短路。當(dāng)絕緣材料破損、箱體進(jìn)水或電池內(nèi)部的線路連接松動(dòng)，可能會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力電池絕緣降低，引發(fā)安全問(wèn)題。BMS檢測(cè)到動(dòng)力電池絕緣過(guò)低的情況，會(huì)發(fā)出絕緣告警，同時(shí)禁止動(dòng)力電池上高壓。

2.3壓差故障

壓差指的是動(dòng)力電池內(nèi)部不同電芯之間的電壓差異，是影響電池性能表現(xiàn)的關(guān)鍵指標(biāo)之一。動(dòng)力電池在堆疊成組前，主要通過(guò)測(cè)量電壓和內(nèi)阻進(jìn)行分擋，將同擋位的電芯堆疊進(jìn)同一臺(tái)動(dòng)力電池，提高性能一致性。每個(gè)單體電芯的自放電率有差異，在壽命前期一般影響不大，隨著充放電的循環(huán)次數(shù)增加，單體間的靜態(tài)壓差和動(dòng)態(tài)壓差會(huì)不斷增大，直接導(dǎo)致電池的放電容量和能量降低，最終縮短動(dòng)力電池的循環(huán)壽命。另外，電芯如果產(chǎn)生硫酸鹽化等異常，會(huì)使電池電壓明顯減小，對(duì)電池壓差造成顯著影響。造成動(dòng)力電池壓差故障的常見(jiàn)情形包括：電芯內(nèi)部故障、匯流排故障、低壓采集線束故障和采樣模塊或插件損壞等[4]。

2.4高壓回路硬件故障

動(dòng)力電池高壓回路，由若干電芯、匯流排、高壓線纜、繼電器和熔斷器等部件串聯(lián)組成。

（1）匯流排是首尾相連焊接在每個(gè)電芯正負(fù)極耳上的器件，通常為鋁材質(zhì)，如果匯流排存在虛焊，將無(wú)法把電芯串聯(lián)起來(lái)形成高壓。

（2）繼電器是采用低壓電流控制工作觸點(diǎn)閉合或斷開(kāi)，從而達(dá)到控制高壓回路通斷的器件，其內(nèi)部觸點(diǎn)如果失效也會(huì)導(dǎo)致高壓回路無(wú)法導(dǎo)通。

（3）熔斷器作為電流導(dǎo)體的同時(shí)，還擔(dān)任著保護(hù)其他部件不受損壞的角色，其通常根據(jù)動(dòng)力電池總成的工作電流大小進(jìn)行選型。熔斷器流過(guò)超閾值電流時(shí)會(huì)熔斷的特性，可以有效防止其他部件被過(guò)載電流燒壞。

這些電器組件作為動(dòng)力電池高壓回路不可或缺的組成部分，其中任何一個(gè)出現(xiàn)故障，都可能導(dǎo)致動(dòng)力電池高壓回路無(wú)法連通，進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)力電池上高壓失敗。

3動(dòng)力電池?zé)o法上高壓常見(jiàn)故障診斷與維修

3.1高壓互鎖故障診斷與維修

整車(chē)的高壓互鎖回路，通常包含動(dòng)力電池高壓互鎖回路和充配電系統(tǒng)高壓互鎖回路兩部分，其檢測(cè)原理一樣。以下針對(duì)動(dòng)力電池高壓互鎖回路做故障和維修分析。

動(dòng)力電池高壓互鎖回路由動(dòng)力電池、直流充電插座高壓導(dǎo)線連接器、充配電總成高壓導(dǎo)線連接器和電機(jī)控制器高壓導(dǎo)線連接器組成。高壓互鎖回路連接狀態(tài)由BMS實(shí)時(shí)檢測(cè)，在故障排查時(shí)，可以采用以下幾種方法。

（1）觀察法。逐一檢查所有連接器是否連接完好，有無(wú)松脫、一級(jí)和二級(jí)鎖扣未完全鎖止的情況。如果正確插接后無(wú)故障發(fā)出，說(shuō)明是插接不到位的問(wèn)題；如果正確插接后仍然存在故障，則需要進(jìn)一步排查連接器本身的問(wèn)題。

（2）短接法。將疑似故障的連接器取下，使用導(dǎo)線將兩個(gè)互鎖端子短接起來(lái)。如果此時(shí)BMS不再發(fā)出高壓互鎖故障，說(shuō)明是連接器問(wèn)題，可以進(jìn)一步檢查連接器的互鎖端子是否出現(xiàn)的退針的情況，維修方法為重新進(jìn)行插針或更換連接器。

（3）測(cè)量通斷法。如果經(jīng)上述排查后故障仍然存在，說(shuō)明是動(dòng)力電池內(nèi)部的線路問(wèn)題，需要進(jìn)一步拆開(kāi)箱蓋進(jìn)行檢查。開(kāi)蓋檢修時(shí)，將萬(wàn)用表正負(fù)表筆搭接在互鎖線束的兩端，如果阻值接近0Ω，說(shuō)明該段線束正常，如果阻值遠(yuǎn)大于0Ω或趨于無(wú)窮大，說(shuō)明該段線束斷路。維修方法：更換線束或手動(dòng)接線后使用絕緣膠布包扎。

一輛上汽通用五菱繽果EV車(chē)型因報(bào)高壓互鎖故障、無(wú)法上電而進(jìn)店維修。維修人員按上述方法進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)高壓連接器插接狀態(tài)良好；使用導(dǎo)線將互鎖端子短接起來(lái)，仍然報(bào)高壓互鎖故障。最后拆開(kāi)動(dòng)力電池箱蓋檢查，定位問(wèn)題為動(dòng)力電池內(nèi)部高壓互鎖線束連接端子孔位變形擴(kuò)大，導(dǎo)致針腳退針、接觸不良（圖4），高壓互鎖檢測(cè)回路開(kāi)路。維修人員將該段互鎖線束更換后，高壓互鎖故障消失，返修后車(chē)輛成功上電。

3.2絕緣故障診斷與維修

在整車(chē)設(shè)計(jì)上一般設(shè)置3級(jí)絕緣報(bào)警值，分別是1000Ω/V、600Ω/V和100Ω/V。當(dāng)觸發(fā)相應(yīng)級(jí)別的絕緣失效時(shí)，BMS可根據(jù)相關(guān)控制策略發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，并斷開(kāi)高壓繼電器。常見(jiàn)的絕緣失效模式及其診斷和維修方法有以下幾種。

（1）電芯絕緣藍(lán)膜破損。電芯絕緣藍(lán)膜是保證電芯外殼與動(dòng)力電池箱體保持良好絕緣的零件，如果電芯堆疊時(shí)與箱體剮蹭造成絕緣藍(lán)膜破損，或是匯流排焊接過(guò)程中焊渣掉落進(jìn)電芯與結(jié)構(gòu)側(cè)板之間的縫隙，在車(chē)輛行駛振動(dòng)過(guò)程中刺破藍(lán)膜，都會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力電池絕緣失效。

診斷方法：絕緣失效的電芯，其可視為與動(dòng)力電池箱體搭鐵，可以通過(guò)測(cè)量電勢(shì)差的方法定位到具體失效電芯。具體檢測(cè)方法如圖5所示。

維修方法：在找到藍(lán)膜破損電芯后，將電芯拆卸出來(lái)重新包覆藍(lán)膜，返修后下線檢測(cè)合格可以繼續(xù)使用。

一輛五菱繽果EV動(dòng)力電池正、負(fù)極對(duì)搭鐵絕緣電阻值分別為0.5MΩ和0.2MΩ，絕緣失效。維修人員測(cè)得動(dòng)力電池負(fù)極與殼體（車(chē)身搭鐵）之間的電勢(shì)差為9.95V。一般來(lái)說(shuō)，磷酸鐵鋰單體電芯的外殼電勢(shì)與電芯正極電勢(shì)接近，且單體電壓一般在3.30V左右。經(jīng)計(jì)算推測(cè)，可能為負(fù)極端起第3顆電芯絕緣失效搭鐵，導(dǎo)致殼體獲得9.95V電勢(shì)。經(jīng)拆開(kāi)模組取出電芯檢查，發(fā)現(xiàn)3號(hào)電芯外殼焊接處開(kāi)裂，電解液滲出接觸到殼體，導(dǎo)致系統(tǒng)絕緣失效。

（2）動(dòng)力電池內(nèi)部線纜破損。電壓采集線束磨損后與箱體短接，會(huì)導(dǎo)致采集線束上獲得的電勢(shì)短接到箱體，也會(huì)造成絕緣失效，這種情況可以通過(guò)觀察法進(jìn)行排查。在找到磨損的線束部位后，維修方法為更換線束或使用絕緣膠布包扎的方法，解決漏電帶來(lái)的絕緣失效問(wèn)題。

除此之外，可能的失效模式還有以下幾種。

箱體進(jìn)水潮濕：這種情況也可以通過(guò)觀察法進(jìn)行排查，進(jìn)水不多的情況下需要對(duì)動(dòng)力電池實(shí)施清理，干燥后才能繼續(xù)使用[5]。

BMS硬件失效：由于絕緣檢測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)基于平衡電橋電路，如果BMS內(nèi)部的絕緣檢測(cè)模塊損壞，可能會(huì)誤報(bào)絕緣故障。這種情況可以直接更換BMS硬件進(jìn)行ABA驗(yàn)證測(cè)試，在確認(rèn)BMS硬件失效后，通過(guò)更換零件的方式進(jìn)行維修。

3.3壓差故障診斷與維修

壓差故障是動(dòng)力電池最常見(jiàn)的故障，也是售后維修站面臨最多的維修情形，因此提升壓差故障的排查和維修技能顯得尤為重要，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行壓差故障分析和維修。

（1）偶發(fā)性的壓差過(guò)大問(wèn)題。這種情況需要與客戶(hù)了解用車(chē)習(xí)慣，如果是長(zhǎng)期靜置后無(wú)法重新啟動(dòng)，需要測(cè)量所有電芯的電壓，找到電壓偏低或偏高的具體電芯后，記錄好編號(hào)，安排做一次整包均衡。定期跟蹤回訪，如果后續(xù)相應(yīng)電芯表現(xiàn)良好，則不需要更進(jìn)一步浪費(fèi)成本的維修。

（2）電芯內(nèi)部故障。一般是由于內(nèi)部摻雜了異物，導(dǎo)致內(nèi)部隔膜穿孔、電芯內(nèi)部自放電，可以通過(guò)測(cè)量電芯的內(nèi)阻來(lái)排查電芯是否存在此種故障。在識(shí)別到故障單體后，可以通過(guò)替換單個(gè)電芯或模組的形式進(jìn)行維修。

（3）低壓線束接觸不良或焊接異常。首先，排查低壓采集線束和BMS插件插接是否存在松動(dòng)、接觸不良等異常，如果有類(lèi)似情況，會(huì)導(dǎo)致采集數(shù)值跳動(dòng)，需要安排線束返修或更換BMS硬件。其次，如果檢查是電壓采集鎳片存在漏焊、虛焊的情形，則重新焊接，在維修后驗(yàn)證合格可以裝車(chē)?yán)^續(xù)使用。

3.4高壓回路硬件故障診斷與維修

動(dòng)力電池高壓回路主要涉及熔斷器（熔絲）、高壓繼電器、電芯間匯流排、動(dòng)力電池高壓線纜，因此故障診斷與維修工作也針對(duì)這幾個(gè)部分展開(kāi)。

（1）熔斷器。當(dāng)通過(guò)熔斷器的電流大小超過(guò)其工作閾值時(shí)熔斷器會(huì)熔斷，該機(jī)理可以有效防止其他部件被過(guò)載電流損壞。故障診斷方法：正常情況下，動(dòng)力電池熔斷器兩端端子間的電阻值接近0Ω，當(dāng)使用電阻測(cè)試儀器測(cè)得熔斷器的阻值遠(yuǎn)大于0Ω或顯示無(wú)窮大時(shí)，說(shuō)明熔斷器發(fā)生了熔斷故障。

維修方法：更換熔斷器。此外，熔斷器發(fā)生熔斷通常是由于動(dòng)力電池連接整車(chē)的整個(gè)高壓回路出現(xiàn)了短路形成過(guò)載電流，因此出現(xiàn)該故障時(shí)，還需檢修動(dòng)力電池內(nèi)部以及整車(chē)上連接動(dòng)力電池的整個(gè)高壓回路是否存在異常短路點(diǎn)，并進(jìn)行修復(fù)。

（2）高壓繼電器。當(dāng)繼電器內(nèi)部觸點(diǎn)失效無(wú)法閉合以及內(nèi)部觸點(diǎn)異常粘連時(shí)均會(huì)導(dǎo)致高壓回路無(wú)法正常工作導(dǎo)通[6]。

故障診斷方法：使用匹配繼電器低壓回路工作電壓的電源（通常為12.00V直流），對(duì)繼電器低壓控制線進(jìn)行供電。正常供電時(shí)，繼電器低壓回路工作，吸合繼電器內(nèi)部線圈從而使高壓回路工作觸點(diǎn)閉合導(dǎo)通，此時(shí)測(cè)量繼電器2個(gè)高壓回路工作觸點(diǎn)間的電阻會(huì)接近0Ω；斷開(kāi)低壓供電，此時(shí)測(cè)量繼電器2個(gè)高壓回路工作觸點(diǎn)間的電阻將趨近于無(wú)窮大。重復(fù)以上步驟驗(yàn)證數(shù)次，繼電器可以通過(guò)低壓回路供電和斷電實(shí)現(xiàn)高壓回路的導(dǎo)通和斷開(kāi)說(shuō)明繼電器正常；反之，則說(shuō)明繼電器故障。維修方法：更換繼電器。

（3）電芯間匯流排。如果匯流排存在虛焊，則高壓回路中斷，無(wú)法把電芯串聯(lián)起來(lái)形成高壓，無(wú)法正常向動(dòng)力電池外部輸出高壓。

診斷方法：使用萬(wàn)用表，通過(guò)電芯極柱上的匯流排測(cè)量電芯的電壓值1，比對(duì)通過(guò)電芯極柱直接測(cè)量電芯的電壓值2，當(dāng)電壓值1＜電壓值2，且差值較大時(shí)，存在虛焊因素。使用絕緣撬棍檢查，進(jìn)行適當(dāng)力度翹起，當(dāng)匯流排在非破形變前出現(xiàn)脫焊，可確認(rèn)存在虛焊。

維修方法：重新焊接匯流排（圖6）。

（4）高壓線纜。高壓線纜如果存在開(kāi)路，就會(huì)導(dǎo)致整車(chē)高壓無(wú)法形成回路。

診斷方法：使用萬(wàn)用表，撥到測(cè)量電阻擋，測(cè)量每個(gè)線纜的首尾兩端。如果萬(wàn)用表顯示阻值為0Ω或很接近，且蜂鳴器發(fā)出“滴”聲響，說(shuō)明是正常連通的；如果檢測(cè)阻值是無(wú)窮大的，則說(shuō)明該段線纜斷路。

維修方法：如果存在連接處松動(dòng)，則按規(guī)定扭矩重新擰緊，如果是線纜斷裂，則更換該段線纜。

4結(jié)束語(yǔ)

文章分析了常見(jiàn)的幾種造成動(dòng)力電池上高壓失敗的故障情形，在處理售后問(wèn)題時(shí)，維修人員可以參考文章提及的故障診斷方法和處理流程，開(kāi)展維修作業(yè)。然而，新能源汽車(chē)動(dòng)力電池的故障診斷與維修是一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)、復(fù)雜的工作，想要真正掌握其中的精髓，需要充分認(rèn)識(shí)到新能源汽車(chē)動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，做好經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，并不斷開(kāi)展探索與創(chuàng)新，以推動(dòng)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展。

作者簡(jiǎn)介：

羅興宏，本科，助理工程師，研究方向?yàn)樾履茉雌?chē)動(dòng)力電池開(kāi)發(fā)與測(cè)試。