高压系统的故障检测及处理方法 专题一

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和传统燃油车相比，电动车的故障类别因动力电池包的存在而有所新增，可归纳为绝缘电阻故障、过压欠压故障、电流故障、接触点状态故障、高压互锁故障和充电互锁故障等。

为了便于控制和管理整车的运行，对电池故障进行分级管理。

通常将电动车动力电池的故障分为两级，Ⅰ级故障(报警故障)和Ⅱ级故障(严重故障)。

当电池管理系统BMS监测到Ⅰ级报警故障时，整车控制器将调整控制参数，减小电池输出电流与功率。

当电池管理系统BMS监测到Ⅱ级严重故障时，将通过通信线路向整车控制器发送切断高压电请求，如果故障持续了一定时间整车控制器没有做出相应的动作，在一些电动车辆的控制策略中电池管理系统可强行切断成组继电器以保证车辆和驾乘人员的安全。



故障分类


绝缘电阻故障处理

绝缘电阻故障，多发生在电池包、电驱动系统、高压用电辅助设备、充电机及高压线束等高压零件上，在车辆遭遇事故或车辆在恶劣环境下运行后，这些高压部件的绝缘性能将降低，由此可能造成汽车火灾的发生，直接影响汽车驾乘人员的生命安全。

按高压系统设计要求，绝缘电阻值应大于100Ω/V，当车辆绝缘电阻值低于规定值，高压管理系统BMS会基于当前车辆状态(是否正在行驶，在何种运行状态等)，在组合仪表上显示故障代码，并发出声音和光线警报，提醒驾驶员将车辆送检。

下文将对车辆/仪表出现绝缘故障后的检测、故障处理方法进行说明。

(1) 仪表可正常显示，并正确反映故障是否存在，那么说明高压控制系统BMS的绝缘监测模块本身工作正常；

(2) 如仪表显示绝缘无连接，有对应的故障代码，那么首先应排除低压控制回路的问题，包括确认低压回路的线束和接插件是否有松脱或固定不良的问题，通信CAN线是否存在问题，检查终端电阻阻值是否正常；

(3) 排除掉高压线束连接出现问题的可能性后，依次对高压部件进行逐个排查。

将所有高压部件的连接器断开，给动力电池包提供高压电，依次测量电池组的正负极对底盘的绝缘电阻，如果阻值过低，则说明该电池组有绝缘问题，需要打开电池包进行确认；

逐个拔掉高压部件与高压电之间的连接，测量高压配合盒与底盘的绝缘电阻，当某个负载被拔出后，阻值恢复正常，那么可以确定该负载存在绝缘问题。如未检测出存在绝缘问题的高压部件，则重复检测流程，直至排查完全部高压部件。


电压/电流检测与故障处理

动力电池的电压和电流会随着车辆的运行状态、运行环境及驾驶员操控状态等发生变化，当电流超过预先设定的允许范围、动力电池电压低于设定值仍在大电流放电时，会导致过温问题，轻则影响电池使用寿命、损坏功率部件，重则影响高压系统安全。

为了保障动力电池在电压/电流不正常时，整车高压系统的用电器安全、动力电池包安全、驾乘人员安全，需要设计电压检测和单流检测回路对高压电路系统工作电压和电流进行实时准确的检测，当检测到异常时，高压管理系统BMS需要及时切断高压回路并向驾驶员发出声光警报。

(1) 电流监测方法

目前电动汽车BMS广泛使用无感分流器和霍尔式传感器作为电流检测装置。

无感分流器被用来监测母线充电、放电的电流大小，在电阻两端形成毫伏级的电压信号，作为监测总电流。

相比于基于欧姆定律工作的分流器，工作时不产生热量、相应速度快、测量精准度高、体积小、过载能力强的霍尔传感器则更受青睐。其工作原理是，通过贴近通电导体，检测其导体磁场强度，再通过磁场强弱来计算电流。



霍尔式电流传感器原理图

(2) 电压监测方法

检测动力电池的电压的方法主要有分布式检测和集中式检测两种。两种检测方法各有优缺点，一般采取综合的“先集中后分布”的采集方式。

以72个电池单体为例，将其分为6组，每组12个电池单体，对每组电池用一个检测模块进行“集中式”检测，整个系统由若干检测模块通过CAN总线连接而成，其实质是检测单元部分模块化，本地化。

电压采集导线通过CAN总线连接到BMS电压采集模块，BMS内部经过高压隔离和数模转换，把电池组的电压转换成数字数据，并作出SOC计算，对电池组是否正常进行判断，如电压偏差过大，存在电压低于设定值仍在大电流放电的情况，则做出报警。

(3) 电流/电压故障分析示例

故障一：电池电流数据错误

潜在原因分析：霍尔信号线插头松动，霍尔传感器/无感分流器损坏，BMS采集模块损坏。

故障排除措施：重新插拔传感器信号线，检查传感器电源是否正常，信号输出是否正常，整体更换采集模块。

故障二：仪表显示SOC异常，在系统工作过程中变化幅度很大，在充电过程中有较大偏差或一直显示固定数值不变。

潜在原因分析：电流校准失败；电流传感器型号与控制器程序不匹配；电池长期未慢充；数据采集模块跳变，都可导致SOC显示异常。

故障排除措施：重新校准电流；更改主机程序或更换电流传感器；更换数据采集模块；对系统SOC进行手动校准；确认电流传感器连接无误。


高压互锁回路检测与故障处理

高压回路互锁功能设计是针对高压电路连接的可靠程度提出的。它是一个典型的互锁系统，通过使用电气的信号，来检查整个高压回路的完整性。

当BMS检测到某处连接断开或某处连接没有达到预期的可靠性时，将直接或通过整车控制器切断相关动力电源的输出并发出声音和光线报警,直到该故障完全排除。



高压互锁系统简图

(1) 首先，通过故障检测仪读取故障代码，当故障代码提示高压互锁系统和充电互锁系统均有故障时，应优先确认/排除充电互锁系统的故障。

(2) 首先选择高压互锁系统中位于中部的且便于测量的互锁线作为切入点，一般可选择高压配电盒(PDU)作为切入点。接通点火开关，使用示波器测量PDU在互锁回路上的占空比信号(正常为75%波形)。

若信号波形正常，则判断该测量点至整车控制器(VCM)之间的互锁线束正常；



正常占空比为75%的波形

(3) 若信号波形出现干扰或零点漂移，则可判定该故障是由测量点上游的高压部件的高压连接器未连接到位或断路导致的，但该高压部件的低压线束正常，因此仍能显示占空比波形。



发生零点漂移的故障波形

(4) 若无占空比信号，则可判定故障是测量点和上游高压部件之间的线束出现断路造成的，后续可依次向上游排查故障点。



无占空比的故障波形

(5) 脱开PDU低压线束，测量PDU低压线束的互锁输出回路上的波形(正常为11V-12V直线波形)。

(6) 若信号波形正常，则说明测量点和整车控制器VCM之间的互锁回路正常，若信号电压低，则说明测量点和整车控制器VCM之间的互锁回路存在故障，可依次向下游排查故障点。

高压互锁系统的检测信号为占空比信号，因此无法使用万用表通过测量电压信号或通断来判断高压互锁系统是否正常，一般通过同时测量高压部件的互锁输入线和输出线上的波形，来判断互锁回路是否正常。

以上，是高压系统有关绝缘电阻故障、电压/电流故障和高压互锁回路故障的检测和处理方式。下篇推文，我们将对充电故障的检测和一些综合性故障的诊断及处理方式进行说明和讲解。