◆文/廣東 汪貴行

2017款比亞迪唐無電動行駛模式

◆文/廣東 汪貴行

汪貴行 (本刊編委會委員)

長期在汽車運用與檢測的第一線工作，1984年起被交通部門指派長期在伊拉克、也門等多個阿拉伯國家工作，負(fù)責(zé)機(jī)務(wù)技術(shù)并兼高級電氣工程師。1995年起在深圳市特發(fā)華日豐田汽車公司從事技術(shù)工作，2009年退休后到深圳市通達(dá)汽車培訓(xùn)學(xué)校工作。2014年3月，在“香港之聲”宣傳電動汽車的應(yīng)用。2013年，由深圳市科技部門推薦，主要工作業(yè)績被選編在“特區(qū)人物志”中。

故障現(xiàn)象

一輛2017款比亞迪唐油電混合汽車,其動力源為2.0TI的渦輪增壓發(fā)動機(jī)，以及2個三相永磁同步驅(qū)動電機(jī)。采取26Ah的712V磷酸亞鐵鋰電池，配有6速濕式雙離合變速器，純電續(xù)航里程80km，既環(huán)保又很節(jié)省汽油費，很適合城市居民的出行和上班族的使用。

某天車輛剛充電后，用電動模式突然不能行駛，儀表盤的中央出現(xiàn)“請檢查動力系統(tǒng)”的警告(圖1)，此時儲電SOC指標(biāo)標(biāo)示為98%，表示車輛已充電很足，按理應(yīng)該是優(yōu)先采用電動模式行駛的，為什么車輛卻不能起步呢？當(dāng)時只得將電動“EV”模式切換到混合“HEV”模式，幸好這時發(fā)動機(jī)還能啟動，車輛仍能行駛。再試圖轉(zhuǎn)換為電動模式，車輛又不能行駛。這證明該車電動模式的確出了問題。

圖1 儀表盤報警

故障診斷與排除

此車是電動四驅(qū)車，有3種驅(qū)動的動力，分別是發(fā)動機(jī)、前電機(jī)和后電機(jī)等，其中前電機(jī)驅(qū)動前軸，后電機(jī)驅(qū)動后軸，與發(fā)動機(jī)配合采用適時四驅(qū)方式，可靈活變化為前驅(qū)或四輪驅(qū)動。在驅(qū)動模式方面，有EV電動和HEV油電混合兩種模式，又各分為經(jīng)濟(jì)和運動兩種駕車型式，前者較經(jīng)濟(jì)省油，后者動力強(qiáng)勁加速能力強(qiáng)。2個驅(qū)動電機(jī)是直接裝在前軸和后軸上的。由此看出電動四驅(qū)唐車的控制系統(tǒng)是比較復(fù)雜的。從圖2的檢測數(shù)據(jù)流表明，前電機(jī)處于關(guān)閉無法驅(qū)動的狀態(tài)，這表明無法以EV方式驅(qū)動。

圖2 檢測前驅(qū)動電機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)、無電動模式

1.對“檢查動力系統(tǒng)”的故障分析

按儀表盤上提示“檢查動力系統(tǒng)”， 查找無法切換為電動EV模式的原因，調(diào)出該車電腦BMS的故障碼，出現(xiàn)2個故障：一為P1A3400，含義為出現(xiàn)“預(yù)充失敗”的故障；另一為P1C0500，系“后驅(qū)動電機(jī)控制器高壓欠壓”的故障(圖3)。

圖3 故障碼

(1)對出現(xiàn)“預(yù)充失敗”和“高壓欠壓”故障的分析

從剛充電很足的情況考慮，初步判斷動力電池的電壓應(yīng)是正常的。又從“預(yù)充失敗”和“高壓欠壓”來考慮，就應(yīng)分析動力電池系統(tǒng)的負(fù)極接觸器、預(yù)充接觸器、主接觸器和分壓接觸器等是否能吸合？這就涉及到車輛是否能正常“上電”的問題了。當(dāng)然要涉及到高壓配電箱、BMS控制系統(tǒng)、前后驅(qū)動電機(jī)變頻控制等系統(tǒng)，說明造成故障是較隱蔽的。圖4是該車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，從圖中可見，動力電池通過高壓配電箱，向前、后電機(jī)控制器，以實現(xiàn)四輪驅(qū)動。同時還向空調(diào)壓縮機(jī)等供電，發(fā)動機(jī)的動力亦可進(jìn)行前輪驅(qū)動。動力電池經(jīng)高壓配電箱受電池管理器的控制。

(2)動力高壓電池“上電”的檢修

所謂“上電”是指給車輛輸入動力電池的電壓，只有正常“上電”之后，驅(qū)動控制器方能輸入動力電池的直流高電壓，以變頻供給驅(qū)動電機(jī)合格的三相交流電，電機(jī)才能旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生動力，否則車輛是無法用電機(jī)來正常驅(qū)動的。

圖4 動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

電動車“上電”的操作系統(tǒng)使用的電壓為12V，由小蓄電池供電。這個小蓄電池不是采用傳統(tǒng)的鉛酸電池，而是使用了蓄電能力更強(qiáng)的鋰電池。從上分析可見，正常上電的條件是12V蓄電池的低壓電應(yīng)是正常的，同時低壓供電控制系統(tǒng)的工作也需正常，才可能操作負(fù)極接觸器、預(yù)充接觸器、主接觸器和分壓接觸器。檢測低壓控制系統(tǒng)的12V供電接柱，多個接觸器控制電路接柱，還有通訊的CAN總線接柱等，檢查的結(jié)果均沒有發(fā)現(xiàn)異常，初步判斷“上電”控制基本正常。

2.對無電動EV模式的故障檢修

用比亞迪專用檢測儀，讀取BMS數(shù)據(jù)電池總電壓為719V屬正常值，表明該車的動力電池是正常的。但讀取前驅(qū)動電機(jī)控制器，以及后驅(qū)動電機(jī)控制器的內(nèi)部母線電壓都只有69V。兩者本應(yīng)的電壓相差極小的，為什么現(xiàn)在兩者間卻有高達(dá)七百多伏的差別呢？

(1)為什么驅(qū)動電機(jī)控制器的母線電壓極低？

在車輛“上電”瞬間觀察BMS的數(shù)據(jù)，動力電池的負(fù)極接觸器，以及預(yù)充接觸器都能正常吸合狀態(tài)，但前、后驅(qū)動電機(jī)控制器母線的電壓卻很低，只為70V左右，無法達(dá)到預(yù)充電壓要高于2/3動力電池額定電壓的要求，即控制器母線的電壓至少應(yīng)達(dá)到485V以上，故車輛不可能以電動EV模式運行，而只能自動切換成HEV模式，即需要啟動發(fā)動機(jī)來驅(qū)動車輛。

為什么動力電池電壓正常，而驅(qū)動控制器的母線欠壓，前輪驅(qū)動系統(tǒng)仍處于關(guān)閉狀態(tài)呢？

于是決定拆下高壓配電箱逐一檢查，排查高壓配電箱內(nèi)部負(fù)極接觸器、主接觸器、預(yù)充接觸器、預(yù)充電阻等部件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)預(yù)充電阻的阻值無窮大(圖5)，而正常電阻僅為200Ω，確認(rèn)是預(yù)充電阻被燒斷了。由于預(yù)充電壓被熔斷，高壓動力電池的正常電壓不能輸出，由此可判斷是驅(qū)動電機(jī)控制器沒有接收到正常的預(yù)充電壓，高壓配電箱則不輸出應(yīng)有的高壓電。預(yù)充電阻上的漏電使得母線電壓極低，無法驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)而驅(qū)動車輛行駛。最終查找出是預(yù)充電阻斷路，造成了本車的電動模式不能運行的原因。

圖5 檢測預(yù)充電阻已短路

(2)動力電池系統(tǒng)的預(yù)充電阻的分析

預(yù)充接觸器和預(yù)充電阻有什么作用呢？在高壓電池的正、負(fù)極上都裝有接觸器，可將電池與用電負(fù)載有效的隔離。但當(dāng)2個接觸器接通瞬間，動力電池的七百多伏的高壓電突然加在負(fù)載上，這個負(fù)載主要是電機(jī)控制器。電機(jī)控制器即逆變器的前端都有較大的電容器，在冷態(tài)啟動時，電容器上無電荷或只有很低的殘留電壓。當(dāng)無預(yù)充電阻直接加上直流電壓時，由于電容器負(fù)載上電壓接近為零，相當(dāng)于瞬間短路?！吧想姟彼查g產(chǎn)生較大的甚至有數(shù)千安倍的充電電流，就會產(chǎn)生很大的電流沖擊，很容易造成功率器件損壞，還可造成接觸器接通時的電火花拉弧形成燒結(jié)，增加了器件的故障率。

為此設(shè)置一個預(yù)充接觸器和一個預(yù)充電阻。首先預(yù)充接觸器通電，讓高壓電通過串聯(lián)的預(yù)充電阻，對電流的幅值進(jìn)行限制，能大大地緩沖負(fù)載器件的沖擊，所以預(yù)充管理是電動汽車的電路中，是必不可少的重要環(huán)節(jié)。本車動力電池的接觸器控制回路如圖6所示，其中的預(yù)充電阻為200Ω。

圖6 動力電池的接觸器控制回路

當(dāng)電機(jī)控制器上負(fù)載電容器的電壓越來越高，接近動力電池的電壓，不再有大電流沖擊時，預(yù)充管理器就會自動切斷預(yù)充接觸器，再接通主接觸器，讓逆變器得到動力電池的全電壓，使之能正常驅(qū)動三相永磁同步電機(jī)工作。

查找造成預(yù)充電阻損壞的原因，發(fā)現(xiàn)該車空調(diào)的制熱元件使用了PTC發(fā)熱器， PTC屬于正溫度系數(shù)的發(fā)熱元件，功率消耗較大。測量PTC加熱芯體已損壞，導(dǎo)致燒壞預(yù)充電阻元件。更換PTC加熱芯體與預(yù)充電阻后，試車證明該車無電動模式的故障已得以排除。