高壓系統的故障檢測及處理方法 專題一

和傳統燃油車相比，電動車的故障類別因動力電池包的存在而有所新增，可歸納為絕緣電阻故障、過壓欠壓故障、電流故障、接觸點狀態故障、高壓互鎖故障和充電互鎖故障等。

為了便於控制和管理整車的執行，對電池故障進行分級管理。

通常將電動車動力電池的故障分為兩級，Ⅰ級故障（報警故障）和Ⅱ級故障（嚴重故障）。

當電池管理系統BMS監測到Ⅰ級報警故障時，整車控制器將調整控制引數，減小電池輸出電流與功率。

當電池管理系統BMS監測到Ⅱ級嚴重故障時，將透過通訊線路向整車控制器傳送切斷高壓電請求，如果故障持續了一定時間整車控制器沒有做出相應的動作，在一些電動車輛的控制策略中電池管理系統可強行切斷成組繼電器以保證車輛和駕乘人員的安全。

故障分類

絕緣電阻故障處理

絕緣電阻故障，多發生在電池包、電驅動系統、高壓用電輔助裝置、充電機及高壓線束等高壓零件上，在車輛遭遇事故或車輛在惡劣環境下執行後，這些高壓部件的絕緣效能將降低，由此可能造成汽車火災的發生，直接影響汽車駕乘人員的生命安全。

按高壓系統設計要求，絕緣電阻值應大於100Ω/V，當車輛絕緣電阻值低於規定值，高壓管理系統BMS會基於當前車輛狀態（是否正在行駛，在何種執行狀態等），在組合儀表上顯示故障程式碼，併發出聲音和光線警報，提醒駕駛員將車輛送檢。

下文將對車輛/儀表出現絕緣故障後的檢測、故障處理方法進行說明。

（1） 儀表可正常顯示，並正確反映故障是否存在，那麼說明高壓控制系統BMS的絕緣監測模組本身工作正常；

（2） 如儀表顯示絕緣無連線，有對應的故障程式碼，那麼首先應排除低壓控制迴路的問題，包括確認低壓回路的線束和接外掛是否有鬆脫或固定不良的問題，通訊CAN線是否存在問題，檢查終端電阻阻值是否正常；

（3） 排除掉高壓線束連接出現問題的可能性後，依次對高壓部件進行逐個排查。

將所有高壓部件的聯結器斷開，給動力電池包提供高壓電，依次測量電池組的正負極對底盤的絕緣電阻，如果阻值過低，則說明該電池組有絕緣問題，需要開啟電池包進行確認；

逐個拔掉高壓部件與高壓電之間的連線，測量高壓配合盒與底盤的絕緣電阻，當某個負載被拔出後，阻值恢復正常，那麼可以確定該負載存在絕緣問題。如未檢測出存在絕緣問題的高壓部件，則重複檢測流程，直至排查完全部高壓部件。

電壓/電流檢測與故障處理

動力電池的電壓和電流會隨著車輛的執行狀態、執行環境及駕駛員操控狀態等發生變化，當電流超過預先設定的允許範圍、動力電池電壓低於設定值仍在大電流放電時，會導致過溫問題，輕則影響電池使用壽命、損壞功率部件，重則影響高壓系統安全。

為了保障動力電池在電壓/電流不正常時，整車高壓系統的用電器安全、動力電池包安全、駕乘人員安全，需要設計電壓檢測和單流檢測迴路對高壓電路系統工作電壓和電流進行實時準確的檢測，當檢測到異常時，高壓管理系統BMS需要及時切斷高壓回路並向駕駛員發出聲光警報。

(1) 電流監測方法

目前電動汽車BMS廣泛使用無感分流器和霍爾式感測器作為電流檢測裝置。

無感分流器被用來監測母線充電、放電的電流大小，在電阻兩端形成毫伏級的電壓訊號，作為監測總電流。

相比於基於歐姆定律工作的分流器，工作時不產生熱量、相應速度快、測量精準度高、體積小、過載能力強的霍爾感測器則更受青睞。其工作原理是，透過貼近通電導體，檢測其導體磁場強度，再透過磁場強弱來計算電流。

霍爾式電流感測器原理圖

(2) 電壓監測方法

檢測動力電池的電壓的方法主要有分散式檢測和集中式檢測兩種。兩種檢測方法各有優缺點，一般採取綜合的“先集中後分布”的採集方式。

以72個電池單體為例，將其分為6組，每組12個電池單體，對每組電池用一個檢測模組進行“集中式”檢測，整個系統由若干檢測模組透過CAN匯流排連線而成，其實質是檢測單元部分模組化，本地化。

電壓採集導線透過CAN匯流排連線到BMS電壓採集模組，BMS內部經過高壓隔離和數模轉換，把電池組的電壓轉換成數字資料，並作出SOC計算，對電池組是否正常進行判斷，如電壓偏差過大，存在電壓低於設定值仍在大電流放電的情況，則做出報警。

(3) 電流/電壓故障分析示例

故障一：電池電流資料錯誤

潛在原因分析：霍爾訊號線插頭鬆動，霍爾感測器/無感分流器損壞，BMS採集模組損壞。

故障排除措施：重新插拔感測器訊號線，檢查感測器電源是否正常，訊號輸出是否正常，整體更換採集模組。

故障二：儀表顯示SOC異常

，在系統工作過程中變化幅度很大，在充電過程中有較大偏差或一直顯示固定數值不變。

潛在原因分析：電流校準失敗；電流感測器型號與控制器程式不匹配；電池長期未慢充；資料採集模組跳變，都可導致SOC顯示異常。

故障排除措施：重新校準電流；更改主機程式或更換電流感測器；更換資料採集模組；對系統SOC進行手動校準；確認電流感測器連線無誤。

高壓互鎖迴路檢測與故障處理

高壓回路互鎖功能設計是針對高壓電路連線的可靠程度提出的。它是一個典型的互鎖系統，透過使用電氣的訊號，來檢查整個高壓回路的完整性。

當BMS檢測到某處連線斷開或某處連線沒有達到預期的可靠性時，將直接或透過整車控制器切斷相關動力電源的輸出併發出聲音和光線報警，直到該故障完全排除。

高壓互鎖系統簡圖

（1） 首先，透過故障檢測儀讀取故障程式碼，當故障程式碼提示高壓互鎖系統和充電互鎖系統均有故障時，應優先確認/排除充電互鎖系統的故障。

（2） 首先選擇高壓互鎖系統中位於中部的且便於測量的互鎖線作為切入點，一般可選擇高壓配電盒（PDU）作為切入點。接通點火開關，使用示波器測量PDU在互鎖迴路上的佔空比訊號（正常為75%波形）。

若訊號波形正常，則判斷該測量點至整車控制器（VCM）之間的互鎖線束正常；

正常佔空比為75%的波形

（3） 若訊號波形出現干擾或零點漂移，則可判定該故障是由測量點上游的高壓部件的高壓聯結器未連線到位或斷路導致的，但該高壓部件的低壓線束正常，因此仍能顯示佔空比波形。

發生零點漂移的故障波形

（4） 若無佔空比訊號，則可判定故障是測量點和上游高壓部件之間的線束出現斷路造成的，後續可依次向上遊排查故障點。

無佔空比的故障波形

（5） 脫開PDU低壓線束，測量PDU低壓線束的互鎖輸出迴路上的波形（正常為11V-12V直線波形）。

（6） 若訊號波形正常，則說明測量點和整車控制器VCM之間的互鎖迴路正常，若訊號電壓低，則說明測量點和整車控制器VCM之間的互鎖迴路存在故障，可依次向下遊排查故障點。

高壓互鎖系統的檢測訊號為佔空比訊號，因此無法使用萬用表透過測量電壓訊號或通斷來判斷高壓互鎖系統是否正常，一般透過同時測量高壓部件的互鎖輸入線和輸出線上的波形，來判斷互鎖迴路是否正常。

以上，是高壓系統有關絕緣電阻故障、電壓/電流故障和高壓互鎖迴路故障的檢測和處理方式。下篇推文，我們將對充電故障的檢測和一些綜合性故障的診斷及處理方式進行說明和講解。