新能源车辆高压电池热管理故障排查

王 力

（中通客车控股股份有限公司，山东 聊城 252000）

新能源车辆电器系统是集高、低压电器及总线通讯网络为一体的综合电器系统，新能源车辆电器问题是对故障维修人员一个全面知识的考查，本例车辆经高压电池厂家、动力系统厂家等组织人员进行多次排查，均不能排除故障，造成该车带病运行半年之久，后经过笔者现场检查分析，最终找到产生问题的真正原因，作为疑难故障的排除案例，该例维修过程及思路可供新能源车辆故障维修排查借鉴参考。

1 车辆故障现象

某品牌10 m混合动力商用客车 （由高压电池和驱动电机提供辅助动力），故障现象如下。

1）接通点火开关，动力电池热管理系统内部风扇运转正常，车辆正常起动后，其中一只散热风扇立刻停止，另外一只散热风扇运转正常。

2）在车辆运行过程中，电池温度＞28℃的情况下，任意一只风扇停转或两只散热风扇均停止运转，均不能自己恢复运转。

3）在车辆运行过程中，电池温度高于28℃的情况下，首先一只散热风扇停转，持续一段时间后，另外一只风扇也停止工作。

4）故障车辆仪表不定时显示混合动力和高压电池高温故障。

故障说明：①电池热管理系统同一回路中并联的两只散热风扇，随机性出现停转；②任何一只或两只散热风扇停止运转后，风扇自身不能恢复运转，必须重新上电才能恢复运转，在运转过程中，仍会出现风扇停止运转的问题。

2 检查过程

该车型为混合动力客车，采用发动机+高压电机的同轴双动力驱动系统，高压电机由车辆内部的高压电池提供能源，高压电池热管理系统采用风冷散热方式，高压电池散热风扇如图1所示。经查询技术资料，动力电池的内部散热风扇由单只继电器控制，两只风扇采用并联连接方式，动力电池散热风扇的工作条件是：BMS电池管理系统主板采集电池内部的温度信号，当动力电池内部温度高于28℃时，BMS发出控制信号，接通风扇继电器线圈，继电器触点吸合，两只风扇同时通电工作为动力电池散热。

接着，对风扇继电器电路进行了检查，发现当风扇一只或两只均停止运转的情况下，风扇两端的电压始终为27.7 V，为防止虚电压现象，在散热风扇两端并接一只2 W灯泡，当风扇工作或停止运转时，灯泡始终是点亮的，且亮度没有明显的明暗变化，万用表显示风扇两端的电压始终稳定在27.7 V左右。

初步判断的结果集中在电池风扇本身，但是，驾驶员反映当前车上的高压电池不是原车电池，是从另一台同样的新能源车辆替换过来的，原车电池换到另一辆新能源车辆上也能正常工作，咨询电池厂家关于散热风扇的技术参数问题，但是配套厂家不知是出于保密或是其他的原因，对自身采用散热风扇的技术参数不太清楚，电池厂家采用了新的国产散热风机，并且是无刷风机。经查询，无刷风机不同于常规的有刷电机，无刷风机增加了保护电路，例如：输入过压保护、输入欠压保护、过载保护、过流保护等功能，它对电源供电的要求特别高，输入电压过高、过低、纹波干扰等，均会造成无刷电机保护停转。

图1 高压电池散热风扇图

3 电器线路检查

3.1 低压电器线路检查

系统配电盒原理如图2所示，混合动力系统线束图如图3所示。根据上述情况，决定首先解决过压问题。由于瞬间的干扰和高电压是不能通过常规的万用表检查出来的，加上现场的维修条件有限，只能采用费时、费力的方法来验证电源过压的问题。首先检查动力电池散热风扇供电的电源线路，24 V常电经过30 A熔断丝和电池风扇继电器，连接至电池箱体航空插接器12脚，负极脚位是14脚，线号为9-5，中间经过插接器3-1，3-2；电传动熔断丝盒插接器A；电池箱插接器HD-36-19SE连接至高压电池内部。

图2 系统配电盒原理图

图3 混合动力系统线束图

图4 24 V发电机安装位置图

低压线路排查后，继续更换了存在问题车辆的24 V发电机，经起动车辆实验，起动车辆风扇运转正常，但是在车辆起步时，其中一只风扇继续停转，说明停转保护不是由车辆低压电路输入电压过高造成的，因此只能恢复原车发电机。24 V发电机安装位置见图4。

既然电池散热风机不是过压造成的保护，接着检查风机是否过载，采取措施将两只风机首尾连接，串联后，两只风机各分得一半的电源电压，转速下降，运转电流减小，车辆准时发车，驾驶员收车后反映，电池风扇运转正常，没有出现停转现象。我们对车辆再次进行排查发现，正如驾驶员说的，风扇一直工作正常，车辆运行了一上午，没有出现电池风扇停转问题，于是，将检测过程中的所有电路恢复，准备跟车测试，结果，风扇再次出现停转现象，检修工作陷入僵局。

总结分析：如果原车电源受到干扰污染，就会直接影响无刷电机的运行，接着，我们自另外一台相同的新能源车辆连接24 V蓄电池，单独为电池风扇供电，测试结果非常意外，风扇供电连接独立的24 V电源后，在起动瞬间，电池风机立刻停转；将独立的24 V电源直接连接至风扇插头两端，车辆起动后，风扇不会出现停转现象；先后经过更换发电机、限制发电、外接24 V电源等措施，均不能消除电池散热风扇停转的现象，说明原车24 V低压电源系统基本正常，故障部位锁定在高压系统中。

3.2 高压电器线路检查

维修发现，在动力电池19针插头 （Connect HD-36-19SE）附近，人为的连接了一根搭铁线 （图5），搭铁线的一端连接到电池外壳，这也是该车与其他车辆电器线路的唯一区别，如果断开该处的外壳搭铁线，整车通讯就会出现故障。我们重新梳理检修过程及步骤，当在动力电池插头部位连接独立的24 V电源后，虽然理论上与原车供电隔离，但是该处的外壳接搭铁线，相当于并没有与原车脱离，而直接连接电池内部风扇插接器时，相当于与原车电路彻底隔离，此时，风扇运转正常，说明原车搭铁线已被污染。按照这个思路，在低压电器系统正常的情况下，我们继续检查车辆的高压系统。高压电机接线端子见图6。

图5 高压电池箱电器图

图6 高压电机接线端子图

首先检查电机三相交流线，打开电机接线端子，用普通万用表测量三相交流线与车身之间的电阻，结果发现，每一根三相交流线的搭铁电阻均为1.8 Ω，说明原车交流高压电路对车身外壳存在严重的短路现象。根据由简到繁的原则，依次拆除电机端三相交流线，分别测量电机端与逆变器端的搭铁电阻，电机端三相交流线的搭铁电阻依次为：U相线搭铁电阻为∝大，V相线搭铁电阻为∝大，W相线搭铁电阻为∝大；逆变器端三相交流线的搭铁电阻依次为：U相线搭铁电阻为∝大，V相线搭铁电阻为∝大，W相线搭铁电阻为1.8 Ω；说明W相线对车身存在严重短路现象，为确定最终故障部位，继续对驱动电机逆变器进行了拆检。

电机逆变器接线端子见图7。打开电机逆变器上盖，发现逆变器内部三相线中，W相线端子压接处用绝缘胶带缠绕，明显与U、V相线端子压接处不同，为进一步查找原因，继续对W相线端子进行拆检，发现端子部位做工十分粗糙，有人工维修的痕迹，造成W相线与外层抗干扰屏蔽层短路，此处为故障点。 W相线内部接线端子见图8。

图7 电机逆变器接线端子图

4 处理方案

1）临时措施 为消除线路干扰，保障车辆的正常运营，剪去逆变器端外部屏蔽线，采用单端搭铁屏蔽的方式进行连接。处理完毕后现场测试，动力电池内部风扇不再出现异常停转现象，车辆运行一段时间后，仪表不显示混合动力和高压电池故障，说明该措施可以保证车辆临时运营不出现问题。

2）永久措施 为确保车辆安全及零部件的可靠性，后续由售后服务人员更换新的电机高压线路。同时，对修复完毕的车辆，进行了车辆远程监控历史和当前数据采集和跟踪验证。

图8 W相线内部接线端子图

5 问题分析与总结

新能源车辆线路干扰现象是一个较为复杂的问题，本例检修过程走了很多弯路，经过多轮排查，出现故障时，风扇两端的电压稳定，因此，故障原因锁定在干扰问题上。针对干扰问题的排查均集中在低压电器系统上，先后替换电源及相关电路，更换搭铁线位置，更换低压发电机，采用外部低压供电等；更换了大量的零部件，走入故障维修的误区。

排除高压系统的原因在于维修过程中将高压电池及电机通讯都切断，错误地认为高压系统会停止工作，由于实际故障依然出现，所以高压系统被排除在外。因为忽视了高压系统一个重要的细节，驱动电机的类型是永磁同步电机，永磁同步电机的磁极是稀土材料，其磁场恒定且不受外界控制的，并且该车型的驱动电机和发动机是同轴布置的，所以，不论是高压电机起动车辆或24 V起动机起动车辆，高压电机主回路始终是工作的，U、V、W三相高压线同样会输出高压电，存在问题的W相高压线路将屏蔽层与电源直接压接在一起，W相高压线与高压电机连接，屏蔽层与车身外壳连接，造成电机的高压电串入整车车身搭铁线，低压24 V搭铁线被高压交流电污染，造成搭铁线电位出现脉动现象，直接影响高压电池热管理系统内部无刷风扇的运转，同时车身附带交流高压电后，存在一定的高压安全隐患。该故障的特殊之处在于交流高压端搭铁短路，而线路中只有高压直流绝缘电阻检测，无法直接发现搭铁线被高压交流污染，造成车辆带病运行。W相线是连接电机与电机控制器之间的高压连接线，现场处理时，剪去W相线电机控制器一端屏蔽层，形成电机单端屏蔽，使W相线与车身绝缘隔离，作为永久处理措施，必须更换新的电机高压线路。