電動(dòng)車電壓/電流檢測(cè)與故障處理

和傳統(tǒng)燃油車相比，電動(dòng)車的故障類別因動(dòng)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(diǎn)狀態(tài)故障、高壓互鎖故障和充電互鎖故障等。

為了便于控制和管理整車的運(yùn)行，對(duì)電池故障進(jìn)行分級(jí)管理。

通常將電動(dòng)車動(dòng)力電池的故障分為兩級(jí)，Ⅰ級(jí)故障（報(bào)警故障）和Ⅱ級(jí)故障（嚴(yán)重故障）。

當(dāng)電池管理系統(tǒng)BMS監(jiān)測(cè)到Ⅰ級(jí)報(bào)警故障時(shí)，整車控制器將調(diào)整控制參數(shù)，減小電池輸出電流與功率。

當(dāng)電池管理系統(tǒng)BMS監(jiān)測(cè)到Ⅱ級(jí)嚴(yán)重故障時(shí)，將通過通信線路向整車控制器發(fā)送切斷高壓電請(qǐng)求，如果故障持續(xù)了一定時(shí)間整車控制器沒有做出相應(yīng)的動(dòng)作，在一些電動(dòng)車輛的控制策略中電池管理系統(tǒng)可強(qiáng)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(fā)生在電池包、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、高壓用電輔助設(shè)備、充電機(jī)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(huán)境下運(yùn)行后，這些高壓部件的絕緣性能將降低，由此可能造成汽車火災(zāi)的發(fā)生，直接影響汽車駕乘人員的生命安全。

按高壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，絕緣電阻值應(yīng)大于100Ω/V，當(dāng)車輛絕緣電阻值低于規(guī)定值，高壓管理系統(tǒng)BMS會(huì)基于當(dāng)前車輛狀態(tài)（是否正在行駛，在何種運(yùn)行狀態(tài)等），在組合儀表上顯示故障代碼，并發(fā)出聲音和光線警報(bào)，提醒駕駛員將車輛送檢。

下文將對(duì)車輛/儀表出現(xiàn)絕緣故障后的檢測(cè)、故障處理方法進(jìn)行說明。

（1） 儀表可正常顯示，并正確反映故障是否存在，那么說明高壓控制系統(tǒng)BMS的絕緣監(jiān)測(cè)模塊本身工作正常；

（2） 如儀表顯示絕緣無連接，有對(duì)應(yīng)的故障代碼，那么首先應(yīng)排除低壓控制回路的問題，包括確認(rèn)低壓回路的線束和接插件是否有松脫或固定不良的問題，通信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(xiàn)問題的可能性后，依次對(duì)高壓部件進(jìn)行逐個(gè)排查。

將所有高壓部件的連接器斷開，給動(dòng)力電池包提供高壓電，依次測(cè)量電池組的正負(fù)極對(duì)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，需要打開電池包進(jìn)行確認(rèn)；

逐個(gè)拔掉高壓部件與高壓電之間的連接，測(cè)量高壓配合盒與底盤的絕緣電阻，當(dāng)某個(gè)負(fù)載被拔出后，阻值恢復(fù)正常，那么可以確定該負(fù)載存在絕緣問題。如未檢測(cè)出存在絕緣問題的高壓部件，則重復(fù)檢測(cè)流程，直至排查完全部高壓部件。

電壓/電流檢測(cè)與故障處理

動(dòng)力電池的電壓和電流會(huì)隨著車輛的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境及駕駛員操控狀態(tài)等發(fā)生變化，當(dāng)電流超過預(yù)先設(shè)定的允許范圍、動(dòng)力電池電壓低于設(shè)定值仍在大電流放電時(shí)，會(huì)導(dǎo)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(tǒng)安全。

為了保障動(dòng)力電池在電壓/電流不正常時(shí)，整車高壓系統(tǒng)的用電器安全、動(dòng)力電池包安全、駕乘人員安全，需要設(shè)計(jì)電壓檢測(cè)和單流檢測(cè)回路對(duì)高壓電路系統(tǒng)工作電壓和電流進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到異常時(shí)，高壓管理系統(tǒng)BMS需要及時(shí)切斷高壓回路并向駕駛員發(fā)出聲光警報(bào)。

（1） 電流監(jiān)測(cè)方法

目前電動(dòng)汽車BMS廣泛使用無感分流器和霍爾式傳感器作為電流檢測(cè)裝置。

無感分流器被用來監(jiān)測(cè)母線充電、放電的電流大小，在電阻兩端形成毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，作為監(jiān)測(cè)總電流。

相比于基于歐姆定律工作的分流器，工作時(shí)不產(chǎn)生熱量、相應(yīng)速度快、測(cè)量精準(zhǔn)度高、體積小、過載能力強(qiáng)的霍爾傳感器則更受青睞。其工作原理是，通過貼近通電導(dǎo)體，檢測(cè)其導(dǎo)體磁場(chǎng)強(qiáng)度，再通過磁場(chǎng)強(qiáng)弱來計(jì)算電流。

霍爾式電流傳感器原理圖

（2） 電壓監(jiān)測(cè)方法

檢測(cè)動(dòng)力電池的電壓的方法主要有分布式檢測(cè)和集中式檢測(cè)兩種。兩種檢測(cè)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，一般采取綜合的“先集中后分布”的采集方式。

以72個(gè)電池單體為例，將其分為6組，每組12個(gè)電池單體，對(duì)每組電池用一個(gè)檢測(cè)模塊進(jìn)行“集中式”檢測(cè)，整個(gè)系統(tǒng)由若干檢測(cè)模塊通過CAN總線連接而成，其實(shí)質(zhì)是檢測(cè)單元部分模塊化，本地化。

電壓采集導(dǎo)線通過CAN總線連接到BMS電壓采集模塊，BMS內(nèi)部經(jīng)過高壓隔離和數(shù)模轉(zhuǎn)換，把電池組的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并作出SOC計(jì)算，對(duì)電池組是否正常進(jìn)行判斷，如電壓偏差過大，存在電壓低于設(shè)定值仍在大電流放電的情況，則做出報(bào)警。

（3） 電流/電壓故障分析示例

故障一：電池電流數(shù)據(jù)錯(cuò)誤

潛在原因分析：霍爾信號(hào)線插頭松動(dòng)，霍爾傳感器/無感分流器損壞，BMS采集模塊損壞。

故障排除措施：重新插拔傳感器信號(hào)線，檢查傳感器電源是否正常，信號(hào)輸出是否正常，整體更換采集模塊。

故障二：儀表顯示SOC異常，在系統(tǒng)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(shù)值不變。

潛在原因分析：電流校準(zhǔn)失??；電流傳感器型號(hào)與控制器程序不匹配；電池長(zhǎng)期未慢充；數(shù)據(jù)采集模塊跳變，都可導(dǎo)致SOC顯示異常。

故障排除措施：重新校準(zhǔn)電流；更改主機(jī)程序或更換電流傳感器；更換數(shù)據(jù)采集模塊；對(duì)系統(tǒng)SOC進(jìn)行手動(dòng)校準(zhǔn)；確認(rèn)電流傳感器連接無誤。

高壓互鎖回路檢測(cè)與故障處理

高壓回路互鎖功能設(shè)計(jì)是針對(duì)高壓電路連接的可靠程度提出的。它是一個(gè)典型的互鎖系統(tǒng)，通過使用電氣的信號(hào)，來檢查整個(gè)高壓回路的完整性。

當(dāng)BMS檢測(cè)到某處連接斷開或某處連接沒有達(dá)到預(yù)期的可靠性時(shí)，將直接或通過整車控制器切斷相關(guān)動(dòng)力電源的輸出并發(fā)出聲音和光線報(bào)警，直到該故障完全排除。

高壓互鎖系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

（1） 首先，通過故障檢測(cè)儀讀取故障代碼，當(dāng)故障代碼提示高壓互鎖系統(tǒng)和充電互鎖系統(tǒng)均有故障時(shí)，應(yīng)優(yōu)先確認(rèn)/排除充電互鎖系統(tǒng)的故障。

（2） 首先選擇高壓互鎖系統(tǒng)中位于中部的且便于測(cè)量的互鎖線作為切入點(diǎn)，一般可選擇高壓配電盒（PDU）作為切入點(diǎn)。接通點(diǎn)火開關(guān)，使用示波器測(cè)量PDU在互鎖回路上的占空比信號(hào)（正常為75%波形）。

若信號(hào)波形正常，則判斷該測(cè)量點(diǎn)至整車控制器（VCM）之間的互鎖線束正常；

正常占空比為75%的波形

（3） 若信號(hào)波形出現(xiàn)干擾或零點(diǎn)漂移，則可判定該故障是由測(cè)量點(diǎn)上游的高壓部件的高壓連接器未連接到位或斷路導(dǎo)致的，但該高壓部件的低壓線束正常，因此仍能顯示占空比波形。

發(fā)生零點(diǎn)漂移的故障波形

（4） 若無占空比信號(hào)，則可判定故障是測(cè)量點(diǎn)和上游高壓部件之間的線束出現(xiàn)斷路造成的，后續(xù)可依次向上游排查故障點(diǎn)。

無占空比的故障波形

（5） 脫開PDU低壓線束，測(cè)量PDU低壓線束的互鎖輸出回路上的波形（正常為11V-12V直線波形）。

（6） 若信號(hào)波形正常，則說明測(cè)量點(diǎn)和整車控制器VCM之間的互鎖回路正常，若信號(hào)電壓低，則說明測(cè)量點(diǎn)和整車控制器VCM之間的互鎖回路存在故障，可依次向下游排查故障點(diǎn)。

高壓互鎖系統(tǒng)的檢測(cè)信號(hào)為占空比信號(hào)，因此無法使用萬用表通過測(cè)量電壓信號(hào)或通斷來判斷高壓互鎖系統(tǒng)是否正常，一般通過同時(shí)測(cè)量高壓部件的互鎖輸入線和輸出線上的波形，來判斷互鎖回路是否正常。

以上，是高壓系統(tǒng)有關(guān)絕緣電阻故障、電壓/電流故障和高壓互鎖回路故障的檢測(cè)和處理方式。下篇推文，我們將對(duì)充電故障的檢測(cè)和一些綜合性故障的診斷及處理方式進(jìn)行說明和講解。

原文標(biāo)題：高壓系統(tǒng)的故障檢測(cè)及處理方法 專題一

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