◆文/福建省陳育彬技能大師工作室 陳育彬 沈洪松

故障現(xiàn)象

一輛2020款比亞迪秦純電動汽車，搭載永磁同步電機，行駛了大約10 000km。該車無法上“OK”電，組合儀表上顯示“EV功能受限”，且整車動力系統(tǒng)故障指示燈點亮。

故障診斷與排除

使用診斷儀器讀取動力電池管理模塊(BMS)的故障信息，發(fā)現(xiàn)存有三個故障碼(圖1)：P1A4200-負極接觸器燒結(jié)故障(間歇故障)；P1A5100-碰撞硬線信號PWM異常報警(當前故障)；U016400-與空調(diào)通信故障(當前故障)。讀取BMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流，觀察“預充接觸器狀態(tài)、負極接觸器狀態(tài)、主接觸器狀態(tài)、預充狀態(tài)”的數(shù)據(jù)流(圖2)，發(fā)現(xiàn)預充狀態(tài)顯示“預充失敗”，主接觸器狀態(tài)和負極接觸器狀態(tài)均顯示“斷開”，車輛無法正常上電。

圖1 故障車上存儲的故障碼

圖2 故障車BMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)流

根據(jù)維修手冊的提示，多次嘗試上“OK”電，但故障依舊。嘗試清除故障碼，發(fā)現(xiàn)故障碼有時可以清除，但大多數(shù)情況下無法清除。通過上述檢測，并結(jié)合故障現(xiàn)象進行綜合分析，導致該車故障的可能原因有：動力電池內(nèi)部的負極繼電器燒結(jié)故障、負極繼電器控制線路對地短路、BMS模塊故障。

純電動汽車動力電池的內(nèi)部組成部件主要包括：各電池模組、CSC采集系統(tǒng)、電池控制單元(BMU)、電池高壓分配單元(B-BOX)、電池內(nèi)部冷卻系統(tǒng)、電池內(nèi)部加熱系統(tǒng)等。不同的電動汽車，電池內(nèi)部的高壓分配單元所包含的部件有所不同，一般由正極繼電器、負極繼電器、預充繼電器、預充電阻和電流傳感器組成，部分車型還包括直流充電繼電器、電池加熱繼電器。有些車型將預充繼電器、預充電阻器、電流傳感器、直充充電繼電器安裝在動力電子單元(PEU)或高壓電控總成內(nèi)部，例如比亞迪e5電動汽車。2020款比亞迪秦電動汽車的動力電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理如圖3所示。

圖3 故障車型動力電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理圖

動力電池內(nèi)部的主繼電器主要包括正極繼電器、負極繼電器，其作用是接通和關(guān)閉高壓系統(tǒng)。故障碼中的“負極接觸器”，實際上就是GB/T 19596-2017電動汽車術(shù)語提到的高壓繼電器，只是有些廠家稱之為接觸器，有些稱之為繼電器。為了敘述規(guī)范，本文統(tǒng)一用高壓繼電器、負極繼電器、正極繼電器這類術(shù)語。高壓繼電器的內(nèi)部電路如圖4所示，繼電器線圈的電源電壓為12V，通過低壓電路拉低控制高壓電路的接通或斷開。

圖4 高壓繼電器內(nèi)部電路

預充繼電器和預充電阻的安裝位置因車型而異，大部分電動汽車的預充繼電器和預充電阻安裝在動力電池箱內(nèi)部，如：2020款比亞迪秦、北汽EU260和EX360、吉利EV300和EV450、廣汽合創(chuàng)G07系列等；有些安裝在“四合一”或“三合一”內(nèi)部，如比亞迪e5。

電動車動力電池為什么需要安裝預充電系統(tǒng)？在電動汽車上“READY”或“OK”電時，為緩解對高壓系統(tǒng)的沖擊，電池管理器先吸合預充繼電器，電池包的高壓電經(jīng)過預充繼電器并聯(lián)的限流電阻后，加載到電機控制器母線上，對電機控制器內(nèi)的電容器進行預充電，電池管理器檢測到母線上的電壓與電池包電壓之差為電池包電壓的5%以內(nèi)時，控制主繼電器吸合，斷開預充繼電器。也就是說，預充繼電器用于預負載，在閉合正極繼電器、負極繼電器前，以小電流給高壓系統(tǒng)上的電容器進行預充電，以檢查高壓車載網(wǎng)絡(luò)上的連接是否正常，同時避免高電壓對高壓部件的沖擊。

電流霍爾傳感器用于監(jiān)測動力電池包正極的充、放電電流。不同的車型，電流霍爾傳感器的安裝位置有所不同，有些安裝在動力電池內(nèi)部，有些安裝在動力電子單元(PEU)或高壓電控總成內(nèi)部。圖5所示為2020款比亞迪秦動力電池高壓配電箱內(nèi)部的電流霍爾傳感器，該傳感器安裝在動力電池內(nèi)部的高壓配電箱正極接線柱上。2016～2018款比亞迪e5電流霍爾傳感器則安裝在前機艙高壓電控總成內(nèi)部，如圖6所示。

圖5 故障車型電流霍爾傳感器的安裝位置

圖6 比亞迪e5電流霍爾傳感器的安裝位置

該車故障碼指示的故障較為明確，在檢查負極繼電器外部控制線路正常的前提下(比亞迪秦的電池管理器安裝在動力電池外部)，決定更換動力電池內(nèi)部的負極繼電器。為保險起見，同時更換了正極和負極繼電器后試車，該車故障被徹底解決。

維修小結(jié)

動力電池的常見故障包括：電壓采樣功能異常、溫度采樣異常、熔絲燒毀、內(nèi)部通信故障，以及其他故障(充電管理、放電管理、高壓繼電器控制、電池均衡、數(shù)據(jù)記錄、SOC/SOH計算功能)等，繼電器(接觸器)燒蝕故障是其中比較常見的故障之一。動力電池屬于高壓器件，電池內(nèi)部組件的維修是一項需要特殊維修資質(zhì)的工作，一方面涉及到高壓安全，操作不當易造成人員傷亡；另一方面涉及到維修后電池的密封性能測試結(jié)果是否符合廠家規(guī)定的防護等級標準。如果電池包密封結(jié)構(gòu)受損，電動車輛在涉水或短時間泡水后，電池包內(nèi)部會有進水的危險。因此，維修動力電池時務(wù)必嚴格遵守廠家的操作規(guī)范。

最后，借此機會，順便介紹更換負極繼電器的操作規(guī)范和流程。

1.前期準備工作。主要是準備人員防護工具和操作工具。人員防護工具包括：絕緣手套(耐壓1 000V以上)、帆布手套、絕緣鞋(耐壓1 000V以上)、絕緣膠布、防護面罩。操作工具包括：高壓絕緣工具組件、舉升機、簡易支架車、套筒扳手組件、動力電池升降平臺車。

2.完成高壓系統(tǒng)切斷后，按照維修手冊的操作流程拆卸動力電池總成。拆卸過程中需要注意動力電池及車輛上貼有的高壓警示標識，同時對動力電池進行防護。非專業(yè)人員，不得隨意打開高壓蓄電池外罩。

3.從車上拆下動力電池后，打開動力電池外罩。拆卸高壓配電箱外罩(圖7)，拆卸動力電池正極、負極樁頭與高壓繼電器之間的連接螺栓，并做好絕緣防護措施(圖8)。

圖7 拆卸高壓配電箱外罩

圖8 拆卸繼電器附件

4.拆卸高壓繼電器上的相關(guān)附件，如：拆卸預充電阻(圖9)、高壓熔斷器(圖10)。

圖9 拆卸預充電阻

圖10 拆卸高壓熔斷器

5.拆卸負極繼電器(圖11)，使用萬用表測量負極繼電器兩個高壓觸點端的電阻值小于1Ω，說明負極繼電器觸點內(nèi)部燒結(jié)。在安裝新的負極繼電器之前，有必要進行通電測試(圖12)。

圖11 拆卸負極繼電器

圖12 對新的負極繼電器進行通電測試

6.為了保險起見，本次維修同時更換了正極繼電器和負極繼電器(圖13)，安裝高壓繼電器相關(guān)附件(圖14)。

圖13 更換正極和負極繼電器

圖14 安裝高壓繼電器相關(guān)附件

7.按照拆卸高壓繼電器相反的順序，安裝新的動力電池密封墊(圖15)，并進行密封性能測試，添加電池冷卻液至合適位置(圖16)。

圖15 安裝動力電池外罩

圖16 添加電池冷卻液

8.清除故障碼，打開點火開關(guān)后，完成車輛上電，“OK”燈能夠正常點亮(圖17)，使用儀器檢測BMS系統(tǒng)，清除故障碼，讀取數(shù)據(jù)流“預充狀態(tài)”顯示“預充完成”(圖18)，至此故障排除。

圖17 故障車恢復正常時的儀表臺

圖18 故障車修復后的數(shù)據(jù)流