故障現象

一 輛 2 0 1 7款 北 京 現 代 悅 動 e le c t r i c 純 電 動 車 ( 車 型 簡稱 H D c E V ) ， 整 車 型 號 爲 B H 7 0 0 0 B E V B A ， V I N 碼 爲LBEHDAWB9HZ******，行駛里程爲12 453km，搭載320V(SOC 8%～98%時，電壓爲246.4～369.16V)鋰離子動力電池和81.4k W驅動電機。行駛過程中，儀表臺上的電動系統故障燈突然點亮，同時顯示“請檢查電動系統”、“退出READY狀態”等提示(圖1)，車輛拋錨停駛。

圖1 故障車顯示的故障信息

故障診斷與排除

接車後，首先驗證故障現象：點火開關電源(OFF-ACC-ON)轉換正常，車輛無法啓動(不能進入READY狀態)。用北京現代車輛專用檢測儀(GDS Mobile)掃描各電控系統故障代碼，動力電池管理系統(BMS)內故障代碼爲：P1B77逆變器電容器預充電故障(圖2)。

故障碼P1B77的具體含義是：由於逆變器電容器在早期未進行適當充電，並且不能提供高壓時，記錄故障代碼P1B77，即使在主繼電器ON後，逆變器電容器的電壓仍不能達到規定範圍時，電機控制模塊(MCU)確定此情況爲故障。點火開關OFF時，刪除故障代碼。

故障碼P1B77的檢測條件：在IG ON時，避免由於預充電故障導致的繼電器控制故障，或者由於高壓缺失導致的動力蓄電池故障。引發故障碼P1B77的可能原因有：主繼電器、預充繼電器、預充電阻、動力蓄電池模塊和BMS之間的線束、BMS、MCU，這些部件不良均會觸發故障碼P1B77。

P1B77數據凍結幀2

利用專用診斷儀，讀取故障車上與故障碼P1B77有關的數據凍結幀(圖3、圖4)。對圖3數據進行分析，蓄電池DC電壓爲363.9V，說明動力電池電壓正常；對圖4數據進行分析，換向器電容電壓爲272V，說明逆變器電容器通過預充電路接收動力電池的電壓不足。通過二者電壓比對分析，說明高壓在一定時間內，逆變器電容器與動力電池電壓不能達到規定的範圍值，所以產生故障碼P1B77。

BMS系統報P1B77故障碼時，從圖4側數據中可以看到故障車的絕緣電阻爲1 000kΩ，說明高壓系統絕緣性能正常。由此，初步判斷該車故障可能是由電機控制模塊(MCU、逆變器電容器)內部異常、高壓供電線路不良或高壓系統內某部件消耗預充電流，迫使預充電路電壓降低所導致的。

圖6 執行器驅動測試

操作點火開關由OFF位到READY位，通過GDS檢測儀進入BMS系統進行動態數據分析，蓄電池DC電壓爲364V(圖5)，處於正常範圍；換向器電容電壓瞬間能升到270V(電壓過低)，但之後會很快降到0(異常)。

通過GDS檢測儀進入BMS系統，進行預充電路執行器驅動測試(圖6)，操作(主繼電器(-)/預先充電繼電器同時ON)進行執行器驅動測試，同時讀取動態數據分析。在執行操作時，蓄電池DC電壓363.9V，處於正常範圍；蓄電池DC電流達到4.4A，電流過大；換向器電容電壓只能達到258V，電壓過低。

通過檢測分析，該車故障是因爲預充電流經過預充電阻時，而預充電阻所能承受的電流有限，負載電流過大時會降低電壓，使得經過預充電阻的高壓下降了約100V，因此係統生成故障碼P1B77。

圖7 預充電正常上電測試數據

接下來逐個斷開高壓系統部件的方法進行故障排查。在斷開高壓接線盒端空調PTC加熱器模塊的高壓DC線時，通過GDS檢測儀進入BMS系統進行執行器驅動測試和動態數據分析(圖7)，蓄電池DC電壓363.9V，屬於正常；預充電流爲0，說明預充電流在m A級，恢復正常；換向器電容電壓367V，恢復正常。由此基本斷定該車故障是由於空調PTC加熱器模塊不良，消耗了4.4A的預充電流所致。

從高壓接線盒端空調PTC加熱器模塊的高壓DC線連接器處直接測量空調PTC加熱器模塊電阻，爲181.9Ω(圖8)，說明空調PTC加熱器模塊內部存在短路現象，持續消耗較大電流。

圖8 測量空調PTC加熱器模塊

空調PTC加熱器模塊安裝在儀表臺內部的暖風箱內。爲了進一步檢測，筆 者 又 拆 解 了 空 調 P T C加熱器模塊外殼，對空調PTC加熱器模塊電路進行測量。在測量其中的一個場效應管(IGBT)時發現，G(柵極)、c(集電極)、e(發射極)任意管腳之間的電阻值均在3Ω左右(圖9)，說明該IGBT已經被擊穿從而發生短路，導致空調PTC加熱器模塊消耗了4.4A的預充電流，併產生P1B77故障碼.爲了進一步驗證該車故障診斷得是否準確，筆者又斷開了高壓接線盒處的空調PTC加熱器模塊高壓DC線連接器，短接高壓互鎖端子(圖10)，目的是爲了避免BMS系統報故障碼P0A0D-高壓系統互鎖電路電壓高，否則高壓系統將無法上電，然後啓動車輛，進入READY狀態，該車故障現象消失。

圖9 測量加熱器模塊IGBT電阻

由於沒有單獨的場效應管(IGBT)，只好更換了空調PTC加熱器模塊總成(圖11)，該車故障被徹底排除。

圖11 空調PTC加熱模塊總成

維修小結

因預充電路系統故障，在用GDS檢測儀驅動測試預充電路(主繼電器-/預先充電繼電器同時ON)時，爲了防止預充電阻電流過大(過熱)而損壞，在驅動測試上電時，應儘可能縮短驅動測試上電時間。

在同一PCB板(模塊)上面的場效應管(IGBT)，外圍電路形式可能會不同，在測量IBGT時，標準的測量方法是需要將IGBT從PCB板上面拆下來測量，以避免外圍電路出現分流導致電阻減小，使得測量的電阻值出現異常，引起誤判。而在該車診斷過程中，筆者沒有拆下IGBT而是在車上測量，是因爲筆者對於該車空調PTC加熱器模塊的IGBT電路測量數據比較熟悉.本案例故障是由於控制熱空調加熱器(PTC陶瓷發熱器)的絕緣柵雙極型晶體管短路，導致空調PTC發熱器模塊消耗了的預充電流，使得預充電電壓不能上升到動力蓄電池的額定電壓。

文章對故障現象的描述、分析、判斷和修理都非常正確，具有一定的參考價值。但是，文章有一個不足之處，就是對於電動汽車預充電電路的作用和工作原理沒有做介紹，讀者要深入瞭解什麼是電動汽車的預充電還要去找資料參考。所以，筆者在此作簡單的補充。

根據電動汽車和人體安全標準規範，在最大交流工作電壓小於660V，最大直流工作電壓小於1 000V，以及整車質量小於3 500kg的條件下，電動汽車的高壓安全要求：“對高於60V的高壓系統的上電過程至少需要100ms，在上電過程中應採用預充電過程來避免高壓衝擊”。爲此，電動汽車預充電電路採用給電機控制器(即逆變器) 的大電容進行充電，以減少主繼電器接觸時火花拉弧，降低衝擊，增加安全性。預充電電路結構示意圖以及預充電過程波形如圖12所示。評價預充電任務完成就是在規定時間內預充電電容C上的電壓不小於動力蓄電池的90%。由此可以看出，在高壓設計過程中，加入預充電管理是法規標準和安全設計的必然要求。