纯电动汽车高压上电流程及故障诊断
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摘要：为研究新能源汽车高压上电故障原因，以某型纯电动汽车为例，分析其上电流程及控制策略，总结出上电失败的可能故障点及诊断方法，以供新能源汽车检修人员参考。
1概述
新能源汽车作为汽车产业的新动能正在酝酿重塑产业力量的大趋势。在国家大力支持下，新能源汽车长期发展趋势向好，2019年中国新能源汽车产销量超过120万辆，居全球领先地位。在新能源汽车快速市场化的背景下，新能源汽车故障频发，而相关的维修技术标准体系尚不完善，对新能源汽车的维修手段主要体现在整个部件的更换，车主维修成本较高；同时，新能源汽车后市场技能型服务人才稀缺，相关售后服务问题日益凸显。新能源汽车频发故障，具体表现为故障报警、限功率运行、车辆无法上电等故障现象，其中车辆无法完成高压上电是多数故障发生后的车辆最终表现，出现频率较高，行业专家对新能源汽车上电故障、上电流程、上电控制策略已经做了大量的研究工作，取得了较好的研究成果［1-3］。本文以某型纯电动汽车为例，研究了其上电流程及控制策略，并分析高压上电故障，READY灯点亮失败的可能原因，并提出了相关的诊断方法。
2高压上电流程
新能源汽车高压上电，即动力电池输出高压电，供给车辆高压用电设备，高压控制盒、电机控制器、驱动电机等。图1为某型纯电动汽车动力电池的上电过程原理。图中MSD表示手动维修开关，V1监测MSD的连接良好、动力电池串联回路连接完好，V2监测预充电阻后的电压，V3监测对负载的预充电压，通过比较V1、V2、V3电压值来判断各接触器的连接状态，PTC加热元件对动力电池系统保温。行车模式下的高压上电过程，VCU控制负极接触器闭合，再由BMS控制预充电接触器，在检测到预充电压达到目标电压值后，判断预充电成功，闭合正极接触器，断开预充接触器，完成行车模式的高压上电过程，通过对比分析V1、V2、V3电压值来判断各接触器的连接状况。通过采集行车模式下正常上电过程V1、V2、V3电压值，绘制得到图2曲线图。由图2可知，上电过程的t1时刻，动力电池系统MSD正常连接，模组之间串联良好，V1电压值为动力电池的额定电压500V；t2时刻，负极接触器闭合，此时V2与预充电阻串联（图1），V2电压低于V1；t3时刻，预充接触器闭合，动力电池系统开始对外部高压电器预充电，V2与V3并联，V2的电压被拉低，再V2与V3电压同时升高；t4时刻，预充电完成V2=V3≥90%V1，闭合正极接触器；t5时刻预充接触器断开，上电完成。
3控制策略
钥匙置ON挡后，VCU被唤醒，VCU自检完成之后，向CAN线发送第1帧报文请求闭合高压互锁回路使能，同时唤醒MCU以及BMS，BMS自检正常后监控互锁回路信号、检测高压回路绝缘状况，检查动力电池SOC状态，内部单体电压以及电池温度，判断整车当前的充电或是行车模式，符合高压上电条件后，执行上电程序。实时监控驾驶员的钥匙请求，当keyon=0后，进入低压电／高压电的下电流程。图3为某型纯电动汽车行车模式下的上电控制策略示意［4-5］。其中，高压回路的绝缘状况检测，将动力电池高压电源作为检测电源，在动力电池的正负极以及车辆底盘之间建立桥式阻抗网络，如图4所示。通过控制电子开关管T1、T2的通断，改变A、B之间的等效电阻，通过计算BMS得到绝缘阻值，并进行绝缘性能的判定。另外，整车在高压上电前须确保高压回路的完整性，使高压处于封闭的环境下运行，通常BMS发出并监测12V低压电气信号，检测高压部件、高压接插件、护盖等的连接完整性。
4故障诊断
新能源汽车无法上高压，READY灯点亮失败，类似这种故障时有发生，且各品牌各车型都有出现类似案例，引起上电失败的原因也层出不穷。从上电过程总结，第1类初始化阶段，各控制器未完成自检，动力电池SOC太低，单体压差过大，动力电池过温／过冷；第2类如绝缘阻值过低，绝缘监测报故障；互锁回路不完整，无法监测到低压电气信号，报互锁故障；第3类执行高压上电阶段，接触器的非正常通断造成预充电的失败或超时，如图5、图6所示。图5所示的上电故障发生在负极接触器闭合后的t2时刻，负极接触器闭合后，检测V2电压小于V1电压的50%，且未到t3时刻，预充接触器还未闭合，而V3电压逐渐升高，已经开始了预充电过程。于是设置判定条件：负极接触器闭合V2≤50%V1，且120~150ms后，V2电压达到V1电压的80%，则判定为预充接触器粘连故障。图6所示的上电故障发生在t4时刻，预充完成，闭合正极接触器。由于正极接触器未能正常闭合，100ms后断开预充接触器，预充电容通过放电电阻释放电能，V3电压降低。于是设置判定条件为：闭合正极继电器，断开预充继电器后，V3电压没有达到V1电压的95%以上，则判定正极继电器断路。动力电池执行上高压阶段出现上电失败的其他案例，通过采集分析V1、V2、V3的电压数据，判定出在设定的上电时刻有没有执行相应的指令，从而推断出故障点的位置，如MSD的未连接或熔断器烧坏，负极接触器粘连、预充接触器粘连、预充电阻烧坏、正极接触器粘连等。
5结论
针对新能源汽车上电故障问题，本文以某型纯电动汽车为例，分析其上电流程及控制策略，得出以下建议。1）各控制器自检未完成，检查各控制器的“ON”、“CHG”或“WAKEUP”信号以及相互间CAN通信状况。2）绝缘故障，检查高压线束破损情况，检查高压插接器有无泥沙杂物进入，分别检查高压部件、高压线束正负极对车身搭铁的绝缘阻值。3）高压互锁故障，依车型手册找出互锁回路连接状况，检查互锁回路的导通情况，检查互锁回路的电气信号。4）动力电池执行上高压阶段，通过采集分析V1、V2、V3的电压数据，判定出在设定的上电时刻有没有执行相应的指令，从而推断出故障点的位置。
参考文献：
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作者：谭仕发 单位：眉山职业技术学院