純電動(dòng)汽車高壓上電流程淺析
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摘要：隨著能源和環(huán)境問題的凸顯，具有低能耗、輕污染的新能源汽車成為了當(dāng)代新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)領(lǐng)域，對(duì)于改善能源緊缺與環(huán)境污染等問題也有著積極的推動(dòng)作用。新能源汽車領(lǐng)域主要分為純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車以及燃料電池汽車三類，正在逐步朝著智能化、共享化以及物聯(lián)化的方向前進(jìn)。不過，隨著環(huán)保的要求愈發(fā)嚴(yán)格以及碳中和戰(zhàn)略的提出，純電動(dòng)汽車成為未來汽車領(lǐng)域發(fā)展的主攻方向。隨著純電動(dòng)汽車的蓬勃發(fā)展，相應(yīng)的問題也逐漸顯示出來，當(dāng)前純電動(dòng)汽車領(lǐng)域剛剛步入正軌，維修體系的不完善以及人才的稀缺造成了維修成本高、維修診斷過程復(fù)雜等現(xiàn)象。而對(duì)于純電動(dòng)汽車來講，由于高壓上電導(dǎo)致的故障最為常見，因此只有深入了解純電動(dòng)汽車高壓上電的流程，才能夠?qū)ο嚓P(guān)故障進(jìn)行詳細(xì)診斷。本文將結(jié)合當(dāng)前純電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)其上電流程以及控制策略進(jìn)行分析，并總結(jié)出相應(yīng)的故障診斷方式，以期望為新能源汽車的維修領(lǐng)域提供建設(shè)性參考性意見。
關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車；高壓上電；上電流程；故障分析
1引言
純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)的過程當(dāng)中不需要化石原料，不需要發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)能，動(dòng)力全部來源于電池，通過電池向電動(dòng)機(jī)提供電能進(jìn)而推動(dòng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于純電動(dòng)汽車來講，除了具備新能源汽車低能耗、輕污染的特點(diǎn)，更能展現(xiàn)出絕佳的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。綜合近幾年新能源汽車銷售結(jié)構(gòu)來看，純電動(dòng)汽車成為新能源汽車的主流，在未來，純電動(dòng)汽車依舊擁有龐大的上升空間，因此對(duì)純電動(dòng)汽車高壓上電流程以及故障診斷進(jìn)行研究分析，能夠減少故障率的產(chǎn)生，在一定程度上促進(jìn)純電動(dòng)汽車的發(fā)展，保證其成為讓消費(fèi)者放心的前瞻產(chǎn)業(yè)。
2純電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀
2.1發(fā)展?jié)摿薮?，市?chǎng)前景廣闊
相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)量和保有量近幾年來一直名列世界前茅，隨著其被列為中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)和中國(guó)制造重點(diǎn)領(lǐng)域，在政府的扶持之下更是展現(xiàn)了更為突出的成績(jī)。當(dāng)前新能源汽車的環(huán)保效益得到了大眾認(rèn)可，家庭消費(fèi)也成為了新能源汽車的消費(fèi)主力。隨著十四五期間國(guó)家電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)戰(zhàn)略的實(shí)施，新能源汽車開發(fā)領(lǐng)域誕生了眾多國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)生了眾多國(guó)內(nèi)外專利。無(wú)論是公共平臺(tái)還是整車技術(shù)都完成了重大突破。充電設(shè)施的逐漸完善和擴(kuò)張覆蓋，純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航、可靠性以及安全性也得到了更高范圍的提升，各項(xiàng)智能因素創(chuàng)新因素的應(yīng)用更是促使純電動(dòng)汽車擁有了巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
2.2優(yōu)勢(shì)更為明顯，成本低效率高
相比較普通燃油汽車而言，純電動(dòng)汽車具備成本低性能高的優(yōu)勢(shì)，駕駛成本每公里只需要0.2-0.4元，幾乎只有燃油汽車每公里駕駛成本的一半。相對(duì)于普通發(fā)動(dòng)機(jī)而言，純電能的驅(qū)動(dòng)，能夠在短時(shí)間內(nèi)輸出最大電流，達(dá)到扭矩峰值，且因?yàn)榧冸妱?dòng)汽車沒有變速器的緣故，有效地降低了傳動(dòng)軸的能量損耗，能夠提升駕駛質(zhì)感。另外，純電動(dòng)汽車中低速NVH也具有較高的優(yōu)越性，在行駛過程當(dāng)中產(chǎn)生的噪音和振動(dòng)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)，幾乎沒有怠速產(chǎn)生。
2.3核心技術(shù)相對(duì)落后，需整體提升
盡管近年來國(guó)內(nèi)的純電動(dòng)汽車無(wú)論在銷售上還是在制造水平上都有了很大程度的提高，但對(duì)標(biāo)國(guó)際發(fā)展現(xiàn)狀來看，我國(guó)純電動(dòng)汽車技術(shù)水平相對(duì)比較落后，核心技術(shù)方面的體現(xiàn)更為明顯。在未來，純電動(dòng)汽車勢(shì)必要更大規(guī)模生產(chǎn)，所以對(duì)于其生產(chǎn)工藝、質(zhì)量控制以及可靠性能等方面要實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的提升，這樣才能夠保持高效的競(jìng)爭(zhēng)力。另外在續(xù)航能力方面純電動(dòng)汽車的表現(xiàn)也不夠突出，由于相關(guān)技術(shù)以及人才的匱乏導(dǎo)致純電動(dòng)汽車的故障診斷也受到了一定的阻礙，當(dāng)然這些缺陷也明確了未來純電動(dòng)汽車的發(fā)展方向。
3純電動(dòng)汽車高壓上電流程
3.1高壓上電流程
對(duì)于純電動(dòng)汽車來講，上電過程是電動(dòng)汽車行駛前的必備工作。整個(gè)電氣系統(tǒng)包含高壓電氣系統(tǒng)、低壓電氣系統(tǒng)以及CAN通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其中高壓電氣系統(tǒng)包含電池組、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電壓轉(zhuǎn)換器、以及安全管理系統(tǒng)等，對(duì)于燃油汽車而言發(fā)動(dòng)機(jī)未啟動(dòng)車輛無(wú)法行駛，而對(duì)于純電動(dòng)汽車來講，高壓電池為其動(dòng)力源，高壓無(wú)法上電汽車無(wú)法驅(qū)動(dòng)。高壓上電的過程實(shí)際上就是將動(dòng)力電池所輸出的高壓電直接供給用電設(shè)備的過程。BMS：電池管理系統(tǒng)MCU：電機(jī)控制器預(yù)充電阻：具有限流作用的保護(hù)電阻V1—監(jiān)測(cè)MSD電池串聯(lián)回路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)充電壓在純電動(dòng)汽車運(yùn)行的模式下，會(huì)使用整車控制器VCU來實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)極接觸器閉合狀況的監(jiān)控，并通過電池管理BMS來完成對(duì)充電接觸器的管理，而判別預(yù)充電能否完成的重要標(biāo)準(zhǔn)便是所測(cè)量的電流是否達(dá)到了目標(biāo)電壓值，若此時(shí)正極接觸器為閉合狀態(tài)而預(yù)充電接觸器表現(xiàn)為斷開狀態(tài)，則說明在整個(gè)電動(dòng)汽車行駛模式下的高壓上電已完成，在整車上電后，BMS電池管理會(huì)被喚醒并進(jìn)行自檢工作，在確保自檢結(jié)果沒問題的狀況下會(huì)直接完成反饋，再分別對(duì)主負(fù)繼電器以及主正繼電器進(jìn)行粘連檢查等待上電指令，而此時(shí)想要判斷各個(gè)接觸器的連接情況，可以通過對(duì)V1、V2、V3的電壓值比分析實(shí)現(xiàn)。
3.2高壓電氣系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)
3.2.1電磁兼容性設(shè)計(jì)。電動(dòng)汽車系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)主要依據(jù)為電動(dòng)汽車安全標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中需要結(jié)合功能安全、故障保護(hù)以及高壓電安全管理控制策略和人員觸電防護(hù)等方面進(jìn)行綜合考慮，通常情況下，純電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)的電磁干擾性較強(qiáng)，所以為了有效避免電磁干擾的產(chǎn)生，在設(shè)計(jì)時(shí)可以采用隔離或者分開配線的方式進(jìn)行電源以及信號(hào)線等設(shè)計(jì)，電源線的兩端為避免回路可采用隔離接地的方式，而為了避免互相干擾，輸入信號(hào)線和輸出信號(hào)線不僅要避免在同一個(gè)接頭上，更要避免排在一起。3.2.2過載以及短路的保護(hù)設(shè)計(jì)。為了有效保護(hù)純電動(dòng)汽車和乘駕人的生命安全，設(shè)置高壓過載和短路防護(hù)非常有必要。高壓過載或是短路保護(hù)器的設(shè)定，可以使得在純電動(dòng)汽車的高壓附件設(shè)備如果出現(xiàn)了過載或是短路等的危險(xiǎn)狀況時(shí)，則相關(guān)電路就可以進(jìn)行供電的手動(dòng)斷開。也因此，在經(jīng)過保險(xiǎn)或者接觸器的設(shè)定，如果出現(xiàn)了過載或是短路等狀況，則高壓系統(tǒng)如果偵測(cè)到電路故障時(shí)將會(huì)產(chǎn)生有效的閉合指令，并且發(fā)送聲光報(bào)警。
4純電動(dòng)汽車高壓上電故障
4.1高壓互鎖故障導(dǎo)致純電動(dòng)汽車不能上電
（1）故障診斷：在車子的儀表盤上，能夠正常的顯示剩余電量以及電池電壓等參數(shù)，但無(wú)法完成READY啟動(dòng)無(wú)法正常運(yùn)行。包括主警告在內(nèi)的系統(tǒng)故障指示燈、蓄電池充電故障指示燈、動(dòng)力電池故障指示燈和切斷指示燈點(diǎn)都開始亮起。（2）基本檢查：首先進(jìn)行的是電動(dòng)真空泵是否正常工作的判斷，打開啟動(dòng)開關(guān)反復(fù)踩下制動(dòng)踏板若此時(shí)能夠聽到正常的真空泵工作聲音則表示真空泵工作狀態(tài)正常；其次要進(jìn)行的是對(duì)電動(dòng)壓縮機(jī)以及PTC加熱器的判斷，如果此時(shí)對(duì)空調(diào)控制面板進(jìn)行操作發(fā)現(xiàn)二者均未能實(shí)現(xiàn)正常工作完成制冷制熱指令，則表明此時(shí)已經(jīng)沒有高壓電輸出；最后，需要首要測(cè)量的就是蓄電池電壓，可以借用萬(wàn)能表來實(shí)現(xiàn)，若數(shù)值正常但DC/DC未達(dá)到工作狀態(tài)則說明汽車能產(chǎn)生高壓輸出的故障因而無(wú)法完成高壓上電。（3）故障判斷：針對(duì)高壓上電故障，肉眼難以判斷，可以連接診斷儀讀取故障碼完成判斷輔助。（4）故障分析：高壓互鎖HVL的根本任務(wù)在于確認(rèn)整個(gè)高壓系統(tǒng)是否具備完整性，一旦確認(rèn)整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)問題則會(huì)立即采取安全保護(hù)措施。根據(jù)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定所有的電動(dòng)汽車都要具有高壓互鎖裝置，在汽車高壓系統(tǒng)當(dāng)中。產(chǎn)生斷路或者短路現(xiàn)象的主要原因就是線速接插件安裝松動(dòng)，所以當(dāng)BMS在檢測(cè)到HVIL有回路斷開的現(xiàn)象會(huì)判定風(fēng)險(xiǎn)的存在，通過故障報(bào)警、切斷高壓電輸出以及降低輸出功率的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛以及乘駕人員的安全保護(hù)。
4.2絕緣故障導(dǎo)致純電動(dòng)汽車不能上電
（1）故障診斷：汽車可以啟動(dòng)ON開關(guān)，但汽車的儀表盤上整車系統(tǒng)故障、動(dòng)力電池故障、絕緣低故障指示燈亮起。（2）基本檢查：此時(shí)的汽車儀表顯示正常，則說明整個(gè)BMS絕緣檢測(cè)系統(tǒng)依舊處于正常的工作狀態(tài)，但倘若此時(shí)的汽車儀表顯示絕緣無(wú)連接，則說明要進(jìn)一步的故障排查，主要排查對(duì)象為低壓線路以及CAN通訊故障。（3）故障判斷：在對(duì)高壓回路絕緣故障的判斷過程當(dāng)中比較復(fù)雜，需要逐一排查控制器故障、驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障以及高壓線束或者PTC線束是否有絕緣現(xiàn)象產(chǎn)生，該過程當(dāng)中需要將電機(jī)端線拆下完成進(jìn)一步的判斷，如果拆下的電機(jī)端絕緣未發(fā)現(xiàn)異常，但線束絕緣電阻顯示為零則可以判定高壓無(wú)法上電的原因在于絕緣故障。判斷檢測(cè)的過程當(dāng)中可以采用輔助電源法或者霍爾式電流傳感器來進(jìn)行檢查。（4）故障分析：絕緣是指在帶電器件表面覆蓋一層不導(dǎo)電物質(zhì)，該種物質(zhì)被稱為絕緣材料，對(duì)絕緣材料的性能進(jìn)行比較的參數(shù)有絕緣電阻、漏電流等。電動(dòng)汽車的整車系統(tǒng)中電子電氣系統(tǒng)比例大幅度增加，電氣絕緣是常見的故障，如果系統(tǒng)中只有一個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)電氣絕緣，則不會(huì)產(chǎn)生明顯影響，但是隨著多點(diǎn)絕緣失效的產(chǎn)生會(huì)產(chǎn)生漏電影響正常工作，甚至?xí)l(fā)火災(zāi)。
4.3電動(dòng)汽車高壓電控制系統(tǒng)故障導(dǎo)致
純電動(dòng)汽車不能上電（1）故障診斷：車輛不能正常行駛，低壓蓄電池充電指示燈亮起，充電連接圖標(biāo)正常顯示，但插入交流電槍=顯示充電功率為“0”。（2）基本檢查：根據(jù)故障現(xiàn)象進(jìn)行初步判斷，導(dǎo)致無(wú)法上電的原因在于高壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障或者是交流充電系統(tǒng)的故障。整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障既包含動(dòng)力電池到驅(qū)動(dòng)電機(jī)，也包含高壓系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，高壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障導(dǎo)致高壓無(wú)法上電的原因涉及到控制線路的問題，而對(duì)于交流充電系統(tǒng)故障來講，要排除高壓區(qū)統(tǒng)系統(tǒng)故障才能夠進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)。但當(dāng)前，我國(guó)純電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高度集成，線束保護(hù)也比較嚴(yán)密，所以幾乎不會(huì)發(fā)生損壞。想要快速地進(jìn)行檢測(cè)可以從交流充電系統(tǒng)故障進(jìn)行分析，故障點(diǎn)可能產(chǎn)生在接觸線路、霍爾電流存感器線路等方面。（3）故障判斷：在判斷過程需要連接解碼儀讀取故障碼來進(jìn)行診斷，診斷的過程首先要排除高壓互鎖故障，如果高壓互鎖故障排除后重新上高壓電依舊顯示無(wú)法上電，則需要對(duì)CC短路或者VTOG控制電路故障進(jìn)行進(jìn)一步判斷，此時(shí)故障原因可能是保險(xiǎn)絲燒斷導(dǎo)致，應(yīng)采取及時(shí)更換的措施，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障排除后若插上交流充電槍依舊無(wú)法充電功率顯示，則可以判斷為霍爾傳感器以及線路故障，應(yīng)及時(shí)采取相關(guān)線路修復(fù)措施。（4）故障分析：一般情況下，如果不能確定是高壓系統(tǒng)還是低壓系統(tǒng)產(chǎn)生的故障根據(jù)維修效率和控制原理，應(yīng)該先解決低壓系統(tǒng)問題，排除之后再實(shí)現(xiàn)高壓系統(tǒng)故障的判斷。
4.4高壓接觸器故障導(dǎo)致純電動(dòng)汽車不能上電
（1）故障診斷：車輛無(wú)法正常啟動(dòng)，行駛中拋錨。表顯示無(wú)法正常充電。（2）基本檢查：在電動(dòng)汽車當(dāng)中高壓直流接觸器主要負(fù)責(zé)的是電池以及各個(gè)電器之間的電能通斷，最終達(dá)到高度隔離的效果。但高壓接觸器一般處于封閉狀態(tài)，所以想要實(shí)現(xiàn)內(nèi)部故障的監(jiān)控十分困難，基本檢查的過程當(dāng)中必須要通過相關(guān)電子技術(shù)檢測(cè)手段的輔助，一旦高壓接觸器的觸點(diǎn)發(fā)生粘連或者斷開會(huì)導(dǎo)致高壓系統(tǒng)功能喪失，主要檢測(cè)點(diǎn)為觸點(diǎn)兩端電壓，并通過診斷算法來進(jìn)行故障排除。（3）故障判斷：高壓直流接觸器失效機(jī)理分為驅(qū)動(dòng)線圈失效、內(nèi)部電子元器件實(shí)效、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)卡塞、腔內(nèi)異物以及接觸器不合理的使用而造成的失效。其中由于不合理使用而造成的失效主要是由于動(dòng)靜觸頭結(jié)合面的惡化引起的，最常見的情況就是觸點(diǎn)失效，高壓接觸器觸點(diǎn)失效的模式主要有閉合失效和開斷失效兩種，引起這兩種失效的原因多種多樣，其中主要的失效模式包含以下三種：①粘連，粘連是整個(gè)失效模式當(dāng)中最主要的原因之一，說明分段斷時(shí)的熔焊力大于觸頭分離力；②卡死，產(chǎn)生該種現(xiàn)象說明進(jìn)觸點(diǎn)以及銜接部分出現(xiàn)了多余的雜物，主要原因在于磁感應(yīng)強(qiáng)度過強(qiáng)，因此，電弧在長(zhǎng)度較小的時(shí)候會(huì)被快速熄滅產(chǎn)生燃燒物的堆積；③耐壓下降，產(chǎn)生耐壓值下降的原因在于電弧觸頭燒蝕所致。（4）故障分析：電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)中接觸器的配置是為了實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)功能，能夠及時(shí)地切斷高壓回路，一旦接觸器失效不僅汽車不能正常啟動(dòng)，更會(huì)對(duì)車身以及人身安全造成威脅，所以應(yīng)該進(jìn)行安全有效的實(shí)時(shí)監(jiān)控及時(shí)處理故障。接觸器失效由多個(gè)原因構(gòu)成，在對(duì)其判斷的過程當(dāng)中異常繁瑣復(fù)雜，必須采用電子技術(shù)手段進(jìn)行輔助才能實(shí)現(xiàn)。
5綜述
近年來，純電動(dòng)汽車的銷量正在逐步上升，高電池為其動(dòng)力源，所以一旦高壓無(wú)法上電汽車便無(wú)法驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致汽車高壓上電故障的原因有很多其中絕緣故障、高壓互鎖故障以及控制系統(tǒng)故障和接觸器故障最為常見。只有對(duì)其上電流程進(jìn)行深入了解，才能實(shí)現(xiàn)積極有效的判斷。不過，當(dāng)前的純電動(dòng)汽車越來越智能化，因此，在進(jìn)行故障判斷時(shí)需要通過科學(xué)輔助進(jìn)行高效的判斷。
作者:楊小榮 單位:蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學(xué)