故障现象
一 辆 2 0 1 7款 北 京 现 代 悦 动 e le c t r i c 纯 电 动 车 ( 车 型 简称 H D c E V ) ， 整 车 型 号 为 B H 7 0 0 0 B E V B A ， V I N 码 为LBEHDAWB9HZ******，行驶里程为12 453km，搭载320V(SOC 8%～98%时，电压为246.4～369.16V)锂离子动力电池和81.4k W驱动电机。行驶过程中，仪表台上的电动系统故障灯突然点亮，同时显示“请检查电动系统”、“退出READY状态”等提示(图1)，车辆抛锚停驶。
图1 故障车显示的故障信息
故障诊断与排除
接车后，首先验证故障现象：点火开关电源(OFF-ACC-ON)转换正常，车辆无法启动(不能进入READY状态)。用北京现代车辆专用检测仪(GDS Mobile)扫描各电控系统故障代码，动力电池管理系统(BMS)内故障代码为：P1B77逆变器电容器预充电故障(图2)。
故障码P1B77的具体含义是：由于逆变器电容器在早期未进行适当充电，并且不能提供高压时，记录故障代码P1B77，即使在主继电器ON后，逆变器电容器的电压仍不能达到规定范围时，电机控制模块(MCU)确定此情况为故障。点火开关OFF时，删除故障代码。
故障码P1B77的检测条件：在IG ON时，避免由于预充电故障导致的继电器控制故障，或者由于高压缺失导致的动力蓄电池故障。引发故障码P1B77的可能原因有：主继电器、预充继电器、预充电阻、动力蓄电池模块和BMS之间的线束、BMS、MCU，这些部件不良均会触发故障码P1B77。
P1B77数据冻结帧2
利用专用诊断仪，读取故障车上与故障码P1B77有关的数据冻结帧(图3、图4)。对图3数据进行分析，蓄电池DC电压为363.9V，说明动力电池电压正常；对图4数据进行分析，换向器电容电压为272V，说明逆变器电容器通过预充电路接收动力电池的电压不足。通过二者电压比对分析，说明高压在一定时间内，逆变器电容器与动力电池电压不能达到规定的范围值，所以产生故障码P1B77。
BMS系统报P1B77故障码时，从图4侧数据中可以看到故障车的绝缘电阻为1 000kΩ，说明高压系统绝缘性能正常。由此，初步判断该车故障可能是由电机控制模块(MCU、逆变器电容器)内部异常、高压供电线路不良或高压系统内某部件消耗预充电流，迫使预充电路电压降低所导致的。
图6 执行器驱动测试
操作点火开关由OFF位到READY位，通过GDS检测仪进入BMS系统进行动态数据分析，蓄电池DC电压为364V(图5)，处于正常范围；换向器电容电压瞬间能升到270V(电压过低)，但之后会很快降到0(异常)。
通过GDS检测仪进入BMS系统，进行预充电路执行器驱动测试(图6)，操作(主继电器(-)/预先充电继电器同时ON)进行执行器驱动测试，同时读取动态数据分析。在执行操作时，蓄电池DC电压363.9V，处于正常范围；蓄电池DC电流达到4.4A，电流过大；换向器电容电压只能达到258V，电压过低。
通过检测分析，该车故障是因为预充电流经过预充电阻时，而预充电阻所能承受的电流有限，负载电流过大时会降低电压，使得经过预充电阻的高压下降了约100V，因此系统生成故障码P1B77。
图7 预充电正常上电测试数据
接下来逐个断开高压系统部件的方法进行故障排查。在断开高压接线盒端空调PTC加热器模块的高压DC线时，通过GDS检测仪进入BMS系统进行执行器驱动测试和动态数据分析(图7)，蓄电池DC电压363.9V，属于正常；预充电流为0，说明预充电流在m A级，恢复正常；换向器电容电压367V，恢复正常。由此基本断定该车故障是由于空调PTC加热器模块不良，消耗了4.4A的预充电流所致。
从高压接线盒端空调PTC加热器模块的高压DC线连接器处直接测量空调PTC加热器模块电阻，为181.9Ω(图8)，说明空调PTC加热器模块内部存在短路现象，持续消耗较大电流。
图8 测量空调PTC加热器模块
空调PTC加热器模块安装在仪表台内部的暖风箱内。为了进一步检测，笔 者 又 拆 解 了 空 调 P T C加热器模块外壳，对空调PTC加热器模块电路进行测量。在测量其中的一个场效应管(IGBT)时发现，G(栅极)、c(集电极)、e(发射极)任意管脚之间的电阻值均在3Ω左右(图9)，说明该IGBT已经被击穿从而发生短路，导致空调PTC加热器模块消耗了4.4A的预充电流，并产生P1B77故障码.为了进一步验证该车故障诊断得是否准确，笔者又断开了高压接线盒处的空调PTC加热器模块高压DC线连接器，短接高压互锁端子(图10)，目的是为了避免BMS系统报故障码P0A0D-高压系统互锁电路电压高，否则高压系统将无法上电，然后启动车辆，进入READY状态，该车故障现象消失。
图9 测量加热器模块IGBT电阻
由于没有单独的场效应管(IGBT)，只好更换了空调PTC加热器模块总成(图11)，该车故障被彻底排除。
图11 空调PTC加热模块总成
维修小结
因预充电路系统故障，在用GDS检测仪驱动测试预充电路(主继电器-/预先充电继电器同时ON)时，为了防止预充电阻电流过大(过热)而损坏，在驱动测试上电时，应尽可能缩短驱动测试上电时间。
在同一PCB板(模块)上面的场效应管(IGBT)，外围电路形式可能会不同，在测量IBGT时，标准的测量方法是需要将IGBT从PCB板上面拆下来测量，以避免外围电路出现分流导致电阻减小，使得测量的电阻值出现异常，引起误判。而在该车诊断过程中，笔者没有拆下IGBT而是在车上测量，是因为笔者对于该车空调PTC加热器模块的IGBT电路测量数据比较熟悉.本案例故障是由于控制热空调加热器(PTC陶瓷发热器)的绝缘栅双极型晶体管短路，导致空调PTC发热器模块消耗了的预充电流，使得预充电电压不能上升到动力蓄电池的额定电压。
文章对故障现象的描述、分析、判断和修理都非常正确，具有一定的参考价值。但是，文章有一个不足之处，就是对于电动汽车预充电电路的作用和工作原理没有做介绍，读者要深入了解什么是电动汽车的预充电还要去找资料参考。所以，笔者在此作简单的补充。
根据电动汽车和人体安全标准规范，在最大交流工作电压小于660V，最大直流工作电压小于1 000V，以及整车质量小于3 500kg的条件下，电动汽车的高压安全要求：“对高于60V的高压系统的上电过程至少需要100ms，在上电过程中应采用预充电过程来避免高压冲击”。为此，电动汽车预充电电路采用给电机控制器(即逆变器) 的大电容进行充电，以减少主继电器接触时火花拉弧，降低冲击，增加安全性。预充电电路结构示意图以及预充电过程波形如图12所示。评价预充电任务完成就是在规定时间内预充电电容C上的电压不小于动力蓄电池的90%。由此可以看出，在高压设计过程中，加入预充电管理是法规标准和安全设计的必然要求。