检修描述:一辆2017款进口起亚极睿混合动力车(HEV),搭载G4LE发动机和混合动力系统,累计行驶里程约为15.8万km。车主反映,该车偶尔无法进入READY(准备就绪)状态,车辆无法行驶。
故障检测:接车后试车,故障再现,车辆无法进入READY状态,组合仪表上的HEV警告灯点亮,且提示“请检查混合动力系统”(图1);断开点火开关,等待一段时间后再次试车,车辆又恢复正常。
用故障检测仪(KDS)扫描全车的各个模块,发现蓄电池管理模块(BMS)内存储有故障代码“P1B77 逆变器电容器预充电故障 历史”(图2)。故障出现时,该故障代码会变成当前激活状态。查看维修手册得知,故障代码P1B77的设置条件为:上高压电过程中,逆变器中电容器的电压未达到规定值(高压蓄电池组电压的92%),且持续20 ms。
该车配备混合动力系统,取消了传统的起动机和发电机,由混合动力起动机/发电机总成(HSG)取而代之,同时还增加了混合动力控制总成(HPCU)、电动空调压缩机、驱动电机、电源继电器总成(PRA)、高压蓄电池组及BMS等,其中HPCU内集成了混合动力控制模块(HCU)、低压直流/直流转换器及逆变器。
遵循“先有低压、后有高压”的原则,该车上高压电的过程如下。
(1)踩下制动踏板,按下起动按钮,制动信号和起动请求信号传递至智能钥匙控制模块(SMK),SMK控制ACC、IGN继电器工作,BMS、HCU、发动机控制模块(ECM)、变速器模块(TCM)等多个模块会被IGN ON电源唤醒;同时SMK向HCU发送起动请求信号。
(2)HCU通过CAN总线与ECM、TCM及BMS等模块进行通信,并根据当前各个模块提供的信息判断是否满足上高压电的条件(钥匙防盗信息认证、起动请求信号、制动信号、挡位信号、绝缘状态、高压蓄电池组状态等),若条件满足,HCU命令BMS控制电源继电器总成中的预充电继电器、主负继电器及主正继电器工作,将高压电输送至HPCU。
(3)如图3所示,BMS首先控制预充电继电器和主负继电器闭合,高压蓄电池组输出高压直流电,经过预充电阻器为HPCU内部逆变器中的电容器充电(利用预充电电路限制峰值电流,保护高电压电路,并且在预充电期间,没有耗电负载运行,该电流仅为电路中的电容性元件充电);当逆变器中电容器的电压达到规定值(高压蓄电池组电压的92%),BMS控制主正继电器闭合,然后控制预充电继电器断开;此时主负继电器、主正继电器一直处于闭合状态,为车辆持续提供高压直流电,至此完成整个上高压电的过程,车辆进入READY状态。
另外,当车辆进入R EADY状态,HCU根据BMS计算的高压蓄电池组的SOC(剩余电量)来决定发动机是否要工作,如SOC低于50%,控制HSG运转,起动发动机,进行发电;如SOC高于55%,不控制发动机工作。
用故障检测仪读取BMS数据流,在IGNON状态时的数据均正常。踩下制动踏板,连续2次按下起动按钮,请求起动车辆,车辆均无法进入READY状态,对应的数据流如图4所示,可以看到“逆变器电容电压”的峰值为175 V,说明BMS已控制预充电继电器和主负继电器闭合;但该“逆变器电容电压”(175 V)只达到高压蓄电池组电压(235.8 V)的74%,未达到92%,因此BMS不会控制主正继电器闭合,以致车辆无法上高压电。
“BMS主继电器ON状态”反映的是主负继电器和主正继电器的工作状态,只有两者同时闭合时才显示“YES”,否则显示“NO”。另外,“蓄电池DC电流”峰值为0.3 A,说明在预充阶段,高压直流线路上是不存在高压部件带负载运行的,暂时排除某个高压部件带负载运行,拉低预充阶段的电压。
在BMS 中分别对预充电继电器、主负继电器及主正继电器执行动作测试,都能听到继电器吸合的声音,说明这3个继电器的控制部分正常,重点考虑预充电路中的继电器触点烧蚀或线路虚接。
断开低压蓄电池负极,拆下手动维修开关;拆下预充电阻器,测量其电阻,为40.6 Ω(图5),正常;拆下预充电继电器,直接给继电器控制端提供12 V供电,继电器吸合,测得触点端的电阻为0.4 Ω,正常;接着拆下主负继电器和主正继电器(图6),发现主负继电器的87端插座已严重烧蚀(图7);检查主负继电器87端子侧面,存在漏液现象,且漏液刚好向下流到继电器的87端子上,导致主负继电器长时间工作发热,烧蚀继电器插座。
用上述检测预充电继电器的方法对主负继电器和主正继电器进行检测,发现主负继电器触点端的电阻为∞,说明主负继电器损坏;主正继电器触点端的电阻为0.4 Ω,正常。
故障排除:如图8 所示,主正继电器、主负继电器、预充电继电器、预充电阻器及电流传感器等均安装在电源继电器总成上。更换电源继电器总成后试车,连续2次起动车辆,均能进入READY状态,故障排除。
上高压电瞬间的BMS 数据流如图9所示,可以看到上高压电完成后,“逆变器电容电压”为239 V,与高压蓄电池组电压基本一致,“BMS主继电器ON状态”为“YES”。