1、-. z.動力電池組接觸器粘連故障分析報告共 16 頁中 航 鋰 電（洛 陽）有 限 公 司2017 年 6月動力電池組接觸器粘連故障分析報告編 寫 王 星 20170612 校 對 審 核 批 準 動力電池組接觸器粘連分析報告故障現象2017年6月7日上午，動力電池組（包括8個電池箱、1個高壓箱A和1個高壓箱B）在萬山現場聯調時，發現1橋和3橋供電的接觸器出現粘連：現場操作過程描述如下：1、2017年6月7日上午，整車聯調時，發現1檔2檔上電3檔未上電情況下，負載1橋3橋帶高壓，初步判斷相關繼電器粘連；2、經查數據，發現2017年6月6日下午14點57分52秒（終端記錄時間），負載未進行預充

2、電，負載端電壓如下圖1所示。圖1 負載端電壓記錄（14:51:10至15:00:04）3、經操作狀態檢查，6月6日下午14點51分至15點之間的操作為：1檔2檔3檔閉合持續一定時間后3檔2檔斷開，開始對負載刷新程序（刷新程序過程中電壓數據不記錄），隨后閉合2檔3檔后，發現負載空壓機高壓一直再降，隨后斷開3檔。故障定位2.1 工作原理2.1.1 電池管理系統架構動力電池子系統的供電輸出部分由8個電池組、1個高壓箱A、1個高壓箱B組成，其核心控制部分為電池管理系統。電池管理系統的硬件主要包括1個主控模塊、8個從控模塊以及3個控制模塊（A1、A2和B）。其硬件架構如下圖2所示。圖2 電池管理系統硬件

3、架構在電池管理系統的硬件架構中：1）主控模塊為電池管理系統的核心控制模塊，主要承擔分析、計算、數據處理、與終端通信的功能，型號為8133，硬件版本號為：HV3.10，部軟件的版本號為：。主控軟件在功能上分為驅動層、中間層和應用層。其中驅動層和中間層代碼已定型，應用層根據項目需求進行編寫，主要包括子系統上下電流程的控制邏輯、網通信協議（包括從控及控制模塊）、充電機協議、終端通信協議、顯控通信協議、配置文件（閾值參數表）等。其中配置文件見附表1所示。2）從控模塊為電池管理系統的數據采集模塊，主要分布在各個電池箱，承擔各單體電池的電壓、溫度、均衡采集等功能，各個模塊硬件軟件均相同，僅地址不同。型號為

4、2412，硬件版本號為：HV3.11，部軟件的版本號為：。軟件硬件均已定型。3）控制模塊為電池管理系統控制子系統上下電、及各類接觸器的執行部分，各個模塊硬件軟件均相同，僅地址不同。硬件版本號為：HV1.0，部軟件的版本號為：。軟件硬件均為此項目專門定制。2.1.2 電池管理系統上下電流程圖3 電池管理系統上下電原理圖圖4電池管理系統控制回路圖如圖3圖4所示，電池管理系統的上下電流程為：1）當1檔上電時，電池管理系統上弱電自檢，電池管理系統主控將母線預充狀態以及所有負載預充狀態設置為初始化狀態；此外，從控模塊即開始實時監控各單體電池狀態，并將數據信息上傳至主控模塊進行分析、處理；2）當2檔上電時

5、，母線接觸器線圈得24V正電，同時主控接收到外部2檔上電信號，通過CAN0發送2檔開關閉合指令給控制模塊A1，由A1執行母線預充；當A1判斷母線預充成功時，向主控發送母線預充成功的指令，并持續控制閉合中間繼電器K1，并延時500ms斷開母線預充接觸器。而當K1閉合后，母線接觸器的線圈得24V負電，從而母線接觸器上電，母線回路通路；當主控接收到A1發送的母線預充成功的指令時，延時6s判斷是否有3檔上電信號；3）當3檔上電時，所有負載接觸器線圈得24V正電，同時主控接收到外部3檔上電信號，通過CAN0發送3檔開關閉合指令分別給控制模塊A1、A2和B，由A1、A2、B同時且獨立執行負載預充；當A1、

6、A2、B均判斷負載預充成功時，會分別向主控發送負載預充成功的指令；當主控接收到A1、A2、B分別發送的負載預充成功的指令時，向A2下達所有負載均已預充成功的指令，并延時500ms（所有負載接觸器閉合時間小于500ms）后向A1、A2、B下發斷開負載預充接觸器的指令，隨后等待3檔退檔信號以及2檔退檔信號；當A2接收到所有負載均已預充成功的指令時，持續控制閉合中間繼電器K3，而當K3閉合后，中間繼電器A-KM9閉合，從而使得所有負載接觸器的線圈得24V負電，從而各路負載接觸器同時上電，所有負載回路均為通路； 4）當3檔下電時，各負載接觸器線圈斷電，主觸點斷開，各負載回路斷路，同時主控接收到3檔下電

7、信號，清除3檔上電的標志位，清除負載預充成功的標志位；5）當2檔下電時，母線接觸器線圈斷電，主觸點斷開，母線回路斷路，同時主控接收到2檔下電信號，清除2檔上電的標志位，清除母線預充成功的標志位；6）當1檔下電時，電池管理系統電源斷電。電池管理系統主控上下電流程圖詳見附件1。2.1.3 控制模塊A1上下電流程當控制模塊A1接收到主控下發的2檔閉合指令時，會開始執行母線預充，即閉合母線預充接觸器。母線預充接觸器閉合后開始計時并采集預充回路中的電流，每200ms將采集到的電流值取一次平均值，持續600ms共得到3個電流平均值，將這3個電流平均值再取平均值后與0.5A相比較（此為設計值，實際程序設定為

8、與3.0A相比較，是由于實際采集電流為回路真實電流的6倍，以下均相同），當總平均值低于0.5A時，判斷母線預充完成，將母線預充成功標志位置1，控制持續閉合中間繼電器K1，并通過CAN0將母線預充成功指令發送給主控，隨后計時500ms后，斷開母線預充接觸器；當總平均值高于0.5A時，則判斷最后一次電流是否小于3A，當小于3A時持續以上步驟，直至計時時間多于3秒；當大于3A或者計時時間多于3秒則判斷預充失敗。當控制模塊A1接收到主控下發的3檔閉合指令時，會開始執行負載預充，即閉合負載預充接觸器。負載預充接觸器閉合后開始計時并采集預充回路中的電流，每200ms將采集到的電流值取一次平均值，持續600

9、ms共得到3個電流平均值，將這3個電流平均值再取平均值后與0.5A相比較，當總平均值低于0.5A時，判斷負載預充完成，將A1負載預充成功的指令發送給主控，隨后等待主控發送的所有預充成功的指令；當總平均值高于0.5A時，則判斷最后一次電流是否小于3A，當小于3A時持續以上步驟，直至計時時間多于3秒；當大于3A或者計時時間多于3秒則判斷預充失敗；當A1接受到主控下達的所有預充成功的指令時，計時500ms后，斷開負載預充接觸器；電池管理系統主控上下電流程圖詳見附件2。 2.1.4 控制模塊A2上下電流程當控制模塊A2接收到主控下發的3檔閉合指令時，會開始執行負載預充，即閉合負載預充接觸器。負載預充接

10、觸器閉合后開始計時并采集預充回路中的電流，每200ms將采集到的電流值取一次平均值，持續600ms共得到3個電流平均值，將這3個電流平均值再取平均值后與0.5A相比較，當總平均值低于0.5A時，判斷負載預充完成，將A2負載預充成功的指令發送給主控，隨后等待主控發送的所有預充成功的指令；當總平均值高于0.5A時，則判斷最后一次電流是否小于3A，當小于3A時持續以上步驟，直至計時時間多于3秒；當大于3A或者計時時間多于3秒則判斷預充失敗；當A2接受到主控下達的所有預充成功的指令時，控制持續閉合中間繼電器K3，計時500ms后，斷開負載預充接觸器；電池管理系統主控上下電流程圖詳見附件3。2.1.5

11、控制模塊B上下電流程當控制模塊B接收到主控下發的3檔閉合指令時，會開始執行負載預充，即閉合負載預充接觸器。負載預充接觸器閉合后開始計時并采集預充回路中的電流，每200ms將采集到的電流值取一次平均值，持續600ms共得到3個電流平均值，將這3個電流平均值再取平均值后與0.5A相比較，當總平均值低于0.5A時，判斷負載預充完成，將B負載預充成功的指令發送給主控，隨后等待主控發送的所有預充成功的指令；當總平均值高于0.5A時，則判斷最后一次電流是否小于3A，當小于3A時持續以上步驟，直至計時時間多于3秒；當大于3A或者計時時間多于3秒則判斷預充失敗；當B接受到主控下達的所有預充成功的指令時，計時5

12、00ms后，斷開負載預充接觸器；電池管理系統主控上下電流程圖詳見附件4。2.2 故障定位根據故障現象，建立其接觸器主觸點粘連的故障樹，如下圖5所示。圖5 故障樹下面對可能的故障原因逐一分析。*01：負載運行功率較大時，主觸點斷開經查，在整機聯調過程中，負載電機未使能，電機處于未運轉狀態，其穩態電流非常小，因此不存在負載運行功率較大，因此可排除此故障。*02：負載停止運行時有較大的反向沖擊電流經查，在整機聯調過程中，負載電機未使能，電機處于未運轉狀態，其穩態電流非常小，因此不存在負載運行停止，因此可排除此故障。*03：預充完成的判斷條件設計有誤經查，預充完成的判斷條件為：預充接觸器閉合后開始計時

13、并采集預充回路中的電流，每200ms將采集到的電流值取一次平均值，持續600ms共得到3個電流平均值，將這3個電流平均值再取平均值后與0.5A相比較，當總平均值低于0.5A時，判斷預充完成；否則判斷最后一次電流是否小于3A，當小于3A時持續以上步驟，直至計時時間多于3秒；當大于3A或者計時時間多于3秒則判斷預充失敗。在閾值設定上，母線預充成功時，母線接觸器閉合時兩端電壓差為0.5A50=25V，符合設計要求；負載預充成功時，負載接觸器閉合時兩端電壓差為0.5A100=50V，符合設計要求。此外，經查歷史數據記錄，預充過程中的電壓數據也均正常。因此預充完成的判斷條件設計無誤，故可排除此故障項。*

14、04：預充策略失效經查歷史數據發現，6月6日下午14點55分14秒（終端記錄時間）時刻的上電過程中，負載1橋電機的端電壓在1.7s從0V上升至636.8V，負載2橋電機的端電壓在1.7s從0V上升至636.8V，負載3橋電機的端電壓在1.7s從0V上升至636.8V。通過負載端電壓爬升時間可判斷：該次負載上電時預充成功，且負載接觸器正常閉合。隨后在14點57分52秒（終端記錄時間）時刻，在上電過程中，負載1橋的端電壓在200ms從83.2V上升至665.6V，負載1橋的端電壓在100ms從83.2V上升至662.4V，負載2橋的端電壓在100ms從86.4V上升至662.4V。通過負載端電壓爬

15、升時間可判斷：該次負載上電時未進行預充電，負載接觸器直接閉合。在隨后的測試中發現，2檔閉合時，負載1橋電機和3橋電機均已有高壓。再查6月6日下午14點51分至15點之間的操作為：1檔2檔3檔依次閉合持續一定時間后3檔2檔斷開，開始對負載電機刷新程序（刷新程序過程中電壓數據不記錄），隨后閉合2檔3檔后，發現負載空壓機高壓一直再降，即預充失敗，隨后斷開3檔。因此可以判斷：當1檔2檔3檔依次閉合的過程中，預充策略有效；當1檔保持，2檔3檔斷開后再閉合的過程中，預充策略失效，主接觸器會直接閉合，從而發生主觸點粘連的現象。對軟件中的上下電流程進行檢查發現：1）1檔的斷開和閉合，會使得電池管理系統斷電后再

16、重新上電。電池管理系統一旦重新上電，會先進行自檢，并將母線預充狀態以及所有負載預充狀態進行初始化。2）當1檔2檔3檔依次閉合時，電池管理系統會按照2.1.2所示的上下電流程執行預充和上電；當3檔斷開時，主控也會清除母線預充完成的標志位，但負載預充完成的標志位不會清除，導致再次閉合3檔時，主控誤認為負載預充已完成，再等待母線預充完成后，會直接向A2同時下達3檔閉合指令以及預充成功的指令；閉合中間繼電器K3的指令，導致各負載繼電器直接上電。因此，可以定位為此故障。*05：因使用二極管浪涌抑制器導致主觸點斷開緩慢經查，在整機聯調過程中，負載電機未使能，電機處于未運轉狀態，其穩態電流非常小，因此即使主

17、觸點斷開緩慢也不會發生粘連現象，因此可排除此故障。*06：線圈控制電壓不穩定經查，在整機聯調過程中，線圈的控制電壓源采用的是24V200Ah的鉛酸電瓶以及70W的開關電源并聯使用。電池管理系統以及所有接觸器的線圈保持功耗的總和不超過70W，接觸器線圈啟動功耗不超過120W。因此可排除此故障。*07：切換過渡時間過短經查圖紙，如圖2所示，在終端無通信的情況下，所有接觸器的上電控制有電池管理系統控制，下電控制則由檔位直接控制。經查歷史操作記錄，在整機聯調過程中，終端與電池管理系統不存在通信物理連接，操作人員不存在頻繁的檔位操作，且負載電機未使能，電機處于未運轉狀態，其穩態電流非常小，因此可排除此故

18、障。*08：電氣壽命終結經查，本次粘連的繼電器均為5月25日新換的產品，生產廠家為群英，質量保證等級為軍品級，且已通過檢驗。期間一直未使用。因此排除此故障。綜上所述，本次接觸器的粘連故障定位為：因軟件問題，導致1檔2檔3檔在上電后，3檔2檔斷開后再閉合時，母線預充有效，而負載預充失效，從而導致負載接觸器在主觸點兩端壓差極大的情況下直接上電，從而發生粘連。機理清楚根據2.1工作原理可知：當3檔上電時，所有負載接觸器線圈得24V正電，同時主控接收到外部3檔上電信號，通過CAN0發送3檔開關閉合指令分別給控制模塊A1、A2和B。當控制模塊A1、A2、B接收到主控下達的3檔開關閉合指令時，會分別控制各

19、自的負載預充接觸器閉合。根據流程圖6、圖7、圖8中預充成功的判斷條件進行檢測，當控制模塊A1、A2、B均判斷負載預充成功時，會分別向主控發送負載預充成功的指令；當主控接收到A1、A2、B分別發送的負載預充成功的指令時，向A2下達所有負載均已預充成功的指令，并延時500ms后向A1、A2、B下發斷開負載預充接觸器的指令，隨后等待3檔退檔信號以及2檔退檔信號；當A2接收到所有負載均已預充成功的指令時，持續控制閉合中間繼電器K3，而當K3閉合后，中間繼電器A-KM9閉合，從而使得所有負載接觸器的線圈得24V負電，從而各路負載接觸器同時上電，所有負載回路均為通路；至此所有3檔上電流程全部完成。在3檔下

20、電時，各負載接觸器線圈斷電，主觸點斷開，各負載回路斷路，同時主控檢測到3檔下電信號，清除3檔上電的標志位，清除負載預充成功的標志位。至此所有3檔下電流程全部完成。經查軟件發現，軟件在處理3檔下電前后，將負載預充成功的標志位采用了或”的關系進行迭代，并沒有采取等于”的關系進行迭代。這就導致了，在3檔下電前一刻，負載預充成功的標志位為1；在3檔下電時，負載預充成功的標志位被清除置0；但在3檔下電后一刻，負載預充成功的標志位為前兩刻數值相或”，仍然為1。而正常情況下，在3檔下電后一刻，負載預充成功的標志位應置為前一時刻負載預充成功的標識位。因此，根據軟件的錯誤處理導致，當再次3檔上電時，主控的負載預

21、充標志位仍然為1，即主控依然認定負載預充成功。因此，當主控接收到外部3檔上電信號時，不僅通過CAN0發送3檔開關閉合指令分別給控制模塊A1、A2和B，還同時向A2下達了所有負載均已預充成功的指令。隨后，A1、B依然分別控制各自的負載預充接觸器閉合，根據流程圖6、圖8中預充成功的判斷條件進行檢測；而A2不僅控制負載預充接觸器閉合，根據流程圖7中預充成功的判斷條件進行檢測，還持續控制閉合中間繼電器K3。而當K3閉合后，中間繼電器A-KM9閉合，從而使得各路負載接觸器同時上電。但此時各路負載預充也才剛剛開始，并未完成，從而使得負載接觸器兩端壓差過大，導致負載接觸器主觸點粘連。故障復現2017年6月8

22、日，在萬山現場采用模擬加載的方式進行故障復現。打開高壓箱A、高壓箱B，將電池組、高壓箱A、高壓箱B、測試開關（S0、S1、S2）、24V電源進行連接。故障復現接線圖如下圖所示：圖6 故障復現接線圖首先，將5.1k的負載接入GD03*7接口，使用示波器測量A-KM4的預充電阻的端電壓（其中，示波器橫軸為1s/div，縱軸為2V/div）。1）閉合S0、S1、S2后，測得的示波器波形如下圖7所示，時間寬度約為800ms，電壓約為4.2V；圖7 S0S1S2閉合后的波形圖2）斷開S2、S1，再閉合S1、S2后，測得的示波器波形如下圖8所示，時間寬度約為20ms，電壓約為6V衰減到4.2V后直接降為0

23、V；圖8 S1S2斷開又閉合后的波形圖3）根據圖7圖8可知，波形的時間寬度為預充接觸器閉合且主接觸器未閉合的時間，即預充時間。圖11中波形的時間寬度約為800ms，與故障現象中前段預充完成的現象相符；圖12中波形的時間寬度約僅為20ms，與故障現象中后段發生粘連的現象相符。故障得以復現。整改措施5.1 整改措施根據以上分析，建議整改措施如下：1、退檔之后應將主控中所有的負載預充標志位清除和置位（導致本次故障的原因）。6月14日。2、增加主控檢測S1、S2開關持續1秒后再進行相應動作，以防止頻繁上下電操作或開關信號出現抖動、誤動作等。6月14日。3、調整控制模塊的預充判斷邏輯，增加了單個負載預充成功后的預充再判斷，防止*路負載預充成功至負載上電之間，該路負載因意外啟動放電等原因導致負載端電壓下降。6月14日。4、更改母線的預充判斷條件，原母線預充條件為正或負預充成功即成功，更改為正且負預充成功方可成功，以提高母線預充的可靠性。6月14日。5、增加3檔開關閉合時刻的前置條件，即3檔閉合時需要確保2檔也閉合