纯电动汽车故障诊断方法探究
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摘 要：纯电动汽车的故障主要有驱动系统故障、电池管理系统故障和充电系统故障等，文章针对几类常见故障的机理进行分析，总结归纳故障诊断的思路，并以故障案例来介绍纯电动汽车故障诊断方法。
关键词：纯电动汽车;故障诊断;方法探究
电动汽车是指以动力电池为动力，用电机产生驱动力的车辆，并且要求各项指标符合道路交通和安全法规。与传统汽车相比，电动汽车对环境影响较小，世界各国都在强力推广。
1 纯电动汽车的主要结构分析
与传统汽车相比，纯电动汽车用驱动电机替代了发动机;传动机构进行了较大简化;增加了电源系统和电力控制系统等新机构。纯电动汽车主要包括电力驱动控制系统、车身、底盘、辅助系统等四部分。电力驱动控制系统包含电源系统、驱动电机系统等。
电源系统主要包括动力电池、电池管理系统和车载充电机等。动力电池是能量的存储装置。目前的纯电动汽车以锂离子蓄电池为主，应用最为广泛的是磷酸铁锂电池和三元锂电池。电池管理系统实时监控动力电池的使用情况，对动力电池的端电压、电池剩余电量、放电时间、放电深度等状态参数进行检测。还对单个电池内阻、温度、电压等信号进行采集。车载充电机是把交流电转换为相应电压的直流电，并按要求控制其充电电流。
驱动电机系统的功用是将动力电池中的电能，通过驱动电机产生机械能，减速增扭后，驱动车轮旋转，保证汽车行驶;在汽车减速制动或者下坡时，运用再生制动技术，实现部分能量回收。驱动电机系统包含驱动电机、控制器、功率变换器等，是纯电动汽车的“心脏”。
2 故障诊断机理分析
随着纯电动汽车的广泛应用，电动汽车的故障也越来也多的被人们发现。由于电动汽车工作机理与传统汽车差别较大，其故障产生原因和维修方法与传统汽车相比也有很大不同。纯电动汽车常见的故障有车辆无法行驶、无法提速、无法充电等。这些故障可归纳为充电系统故障、电池管理系统故障和驱动系统故障等。这类故障的产生机理与诊断方法完全不同于传统汽车的维修。
（1）充电系统故障机理分析。纯电动汽车当车载电池能量不足时，需要用充电设备进行充电。充电系统分为常规充电（慢充）和快速充電两种。常见的充电系统故障有充电口指示灯不亮、仪表盘充电指示灯不显示、继电器不吸合等故障。
车辆的慢速充电工作逻辑是VCU（整车控制器）首先检测慢充口的CC线是否接通，从而确定慢充枪是否连接，如果连接异常，则不启动OBC（车载充电系统）;连接正常，则进一步检测CP与PE（接地线）之间的电压，如果电压不处于9-12V （标准为12V）之间，将不启动OBC;电压正常， VCU将进一步确定远程控制开关开启状态。如果开关开启，将不启动OBC;开关关闭，VCU则唤醒BMS（电池管理系统）。BMS上报电池内部信息，如果达到充电条件，VCU将闭合电池总负继电器，CMU（慢充管理模块）将启动电子锁，同时OBC开始起动，进行正常充电。
车辆的快速充电工作逻辑是VCU首先检测快充口的CC2线（充电控制确认线2）是否接通，从而确定快充枪是否连接，如果连接异常，则不启动快充继电器;连接正常，则进一步检测A+（快充唤醒线）与A-（搭铁线）之间的电压，如果电压不处于9-12V （标准为12V）之间，将不启动快充继电器;电压正常， VCU唤醒快速充电模式，使BMS与快充桩进行通讯;如果通讯异常，仍然不启动快充继电器，通讯正常，VCU将使快充继电器工作，车辆进入快速充电状态。
根据以上充电系统工作机理分析，充电系统故障诊断的一般思路为先读取相关故障码或数据流，然后再确认充电连接线和充电控制确认线状态，接下来检测相关通讯线路状态，最后进行相关控制模块的检测。例如一辆北汽EX360车辆无法充电，该车已行驶里程约3000km。在一次正常行驶归来后，发现车辆无法进行慢充充电。据驾驶员反映，打开点火开关车辆可以正常上电;关闭点火开关，插入充电枪时，充电口处充电指示灯不亮，仪表盘上也无充电指示，车辆无法慢充。在进行快速充电时，充电正常。维修人员首先用专用诊断仪读取故障码，无故障码存在。然后使用万用表检测慢充枪CC与PE之间的电阻，电阻值为1.5KΩ，正常。接下来维修人员检测CP与PE之间的电压，电压值为12V，正常。维修作业进行到此处，基本确定故障原因应为各电控模块故障或相关线路通讯故障。接下来维修人员使用背插法逐一测量慢充充电唤醒线路，发现CMU的慢充唤醒线，CMU端电压为12V正常，而慢充唤醒线VCU端的电压仅为8V，电压明显过低，于是对电路电阻进行测量，电阻值为350Ω，大大高于正常值2Ω。显然为线路接触不良。于是维修人员查找线路的中间插接器，进行逐段测量。通过对维修手册查询，发现该线路仅有一个中间插接器位于右侧仪表板下的地板处。维修人员一边晃动插接器一边测量线路电阻，发现线路的电阻值一直跳动变化。于是维修人员确定此处插接器接触不良，对插接器的相关线路进行跨接处理。再次进行慢充充电，充电正常，故障排除。对故障产生机理分析不难看出，该故障产生的原因是由于CMU唤醒线接触不良，致使VCU未能接到相关慢充唤醒信号，进而使整个充电系统无法运行。
（2）动力电池系统故障机理分析。动力电池系统是纯电动汽车的技术核心，它的好坏既影响车辆运行的可靠性，又影响整车的安全性。动力电池系统常见故障有电池管理系统故障、单体电池故障和线路故障等。
单体电池故障在车辆维修中，很少涉及。电池管理系统故障对于保障电池组的安全及使用寿命具有重要作用。电池管理系统故障包括CAN通信故障、单体电压和温度测量故障、继电器故障和加热器故障等。线路故障在纯电动汽车故障中尤为常见，故障一般有接触不良、线路短路与断路等。这类故障对行车安全有着极大影响，因为线路的故障，在极端情况下还能引起高温，产生电弧，甚至造成安全事故。
电池管理系统故障诊断思路一般为先读取故障码和相关数据流，分析动力电池总电压、单体电池电压、电池温度等相关信息，从中寻找故障部位，最后对相关线路进行检测。 （3）驅动电机系统故障机理分析。驱动电机系统的故障主要分为调速控制装置故障与驱动电动机故障。在驱动电机系统中，调速控制器的功能是将输入的直流电逆变成三相交流电，并对电压、频率进行调整，按控制单元的要求供给驱动电机。不同工况下，驱动电动机产生不同的机械能。
电动机的故障一般可分为电气故障与机械故障。机械方面的主要故障有定子损坏、转子损坏、转轴损坏和轴承损坏等;电气方面的故障主要是定子绕组故障与转子绕组故障。现在电动机的技术较为成熟，故障率较低。因此调速控制装置故障也成为驱动系统发生故障的主要原因。调速控制装置的故障主要包括以下几类：IGBT故障、断路类故障、短路类故障、绝缘类故障、温度过高报警、相电流过大、欠电压等高压电气系统故障。
驱动系统故障诊断的一般思路为用诊断仪检测故障码和数据流，并进行分析高压电压、低压蓄电池电压和DC-DC转换器是否正常，然后测量低压蓄电池静态和起动电压，再检查控制器的各插接器（低压和高压线束），最后检测控制器和驱动电动机。例如一辆北汽EV160 纯电动汽车，车辆无法起动，同时组合仪表的蓄电池报警灯点亮，该车已行驶近20000km。接车后发现正如驾驶员所述，车辆无法正常上电，蓄电池报警灯点亮。维修人员使用诊断仪读取故障码和数据流，并分析整车控制器和BMS（电池管理系统）数据，数据正常。接下来使用万用表测量低压蓄电池静态电压，电压为12.3V，正常。进一步检查低压蓄电池起动电压，将电源开关旋转至起动挡，测量低压蓄电池电压，发现电压认为12.3V，电压异常（标准13.8-14V）。断开 DC-DC 变换器高压输入端、低压控制端接插件并检查;检查各端子是否退针、松动，端子正常;检查输入端子各电压，正常;在检查低压控制端接插件A脚时，发现电压为0.5V，远远低于12V标准电压。于是判断DC-DC损坏，更换DC-DC后，再次试车，上电正常，故障排除。
3 结束语
电子信息技术在电动汽车上的广泛应用，使车辆故障测试和诊断更加复杂，以往的经典维修方法和手段已经无法满足实际生产需求。电动汽车的故障诊断正向自动化、专业化方向发展。这就要求电动汽车维修从业人员不仅要就有更加专业的理论知识，还要借助更加专业的诊断设备。随着相关的故障诊断设备的不断完善，维修人员的知识不断丰富，电动汽车的故障诊断方法和手段将会更加丰富多彩。
参考文献：
[1]房亮，李晶华.纯电动汽车高压断电故障诊断[J].天津职业大学学报，2018，27（1）.
[2]宋炳雨，高松，郎华，王鑫.纯电动汽车高压电故障诊断与安全管理策略研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2010，29（5）.
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