五洲龍混合電動(dòng)大客車(chē)無(wú)法啟動(dòng)

◆文/廣東　汪學(xué)森　汪貴行

五洲龍混合電動(dòng)大客車(chē)無(wú)法啟動(dòng)

◆文/廣東汪學(xué)森汪貴行

故障現(xiàn)象

有一輛深圳市五洲龍汽車(chē)公司研制的混合電動(dòng)大客車(chē)出現(xiàn)一種奇特的故障：駕駛員正常掛擋起步時(shí)車(chē)輛不能行駛，駕駛員只得將擋位推回到空擋，重復(fù)試了幾次車(chē)輛仍無(wú)法起步，嘗試踩油門(mén)踏板車(chē)輛依然不能起步，但在空擋時(shí)踩油門(mén)踏板發(fā)動(dòng)機(jī)能隨之變化，車(chē)輛只得拖回車(chē)間修理。

故障診斷與排除

1.車(chē)載顯示屏出現(xiàn)故障碼“1”的過(guò)電流故障

這款混合電動(dòng)大客車(chē)最初使用鉛酸蓄電池加超級(jí)電容作動(dòng)力電源，現(xiàn)使用九組磷酸亞鐵鋰電池，直流工作電壓為335V，采用大連生產(chǎn)的55kW三相變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其核心部件車(chē)載主變頻器，是由該公司自行研發(fā)的。我們從資料和使用常識(shí)知道，該車(chē)在起步或低速行駛時(shí)采用的是純電動(dòng)模式，即由動(dòng)力電池向主驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，輸出機(jī)械動(dòng)力推動(dòng)車(chē)輛起步與行駛。

該車(chē)輛出現(xiàn)不能起步故障應(yīng)是在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，此時(shí)電控離合器處于分離狀態(tài)，與發(fā)動(dòng)機(jī)是否有動(dòng)力輸出是沒(méi)有關(guān)系的。排除此故障應(yīng)集中考慮與主驅(qū)動(dòng)電機(jī)相關(guān)連的電路系統(tǒng)，如動(dòng)力電池蓄電能力下降電壓不足、主驅(qū)動(dòng)電機(jī)本體漏電短路或缺相、主變頻器出現(xiàn)硬故障等原因，可能涉及的電路包括有高壓及低壓等較復(fù)雜的電路。

（1）故障碼“1”提示應(yīng)查找過(guò)電流故障

重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，空擋時(shí)加油發(fā)動(dòng)機(jī)提速順暢，將變速桿分別掛入R、N、D擋，車(chē)載顯示屏顯示擋位切換正常，顯示屏也沒(méi)有出現(xiàn)任何故障碼，顯示車(chē)輛的高壓電源為330V，雖比電池的標(biāo)稱350V電壓稍低，仍屬正常范圍。檢查低壓蓄電池電壓亦屬正常，但當(dāng)換擋手柄掛入R、D擋時(shí)，車(chē)輛確實(shí)不能起步，略等數(shù)秒鐘后，車(chē)載顯示屏上出現(xiàn)故障碼“1”的提示如圖1所示，這時(shí)動(dòng)力電池實(shí)際的輸出電流只為0。分析上述情況，初步說(shuō)明該車(chē)的動(dòng)力電源系統(tǒng)正常，造成本車(chē)輛不能起步和行駛的故障，應(yīng)屬于其電控系統(tǒng)不正常而引起的。（2）過(guò)電流保護(hù)與主變頻器的基本電路分析

故障碼“1”說(shuō)明高壓電源供給系統(tǒng)，出現(xiàn)了“過(guò)電流”故障。在該車(chē)的電路系統(tǒng)中，主要是指高壓電池輸出了過(guò)大的電流，或是主變頻器輸出過(guò)大的電流，兩者均起保護(hù)作用。前者是指直流電流，用以保護(hù)價(jià)值昂貴的動(dòng)力電池不致輸出過(guò)大的電流而損壞，而后者是指交流電流，則是避免主變頻器向三相交流主驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出過(guò)大的電流，用以保護(hù)主變頻器不會(huì)過(guò)載損壞。

混合動(dòng)力車(chē)輛除了配置常規(guī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力裝置外，還增加一套高壓電源電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。車(chē)輛起步和低速時(shí)由動(dòng)力電池提供電能，經(jīng)主變頻器將電池的直流電，轉(zhuǎn)換為三相交流電供給主驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以產(chǎn)生動(dòng)能驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛；當(dāng)車(chē)速到達(dá)20km/h以上時(shí)，電控離合器結(jié)合，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力參與驅(qū)動(dòng)，與電機(jī)組合共同傳遞動(dòng)力輸出。其基本結(jié)構(gòu)包括有柴油機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池、主變頻器等等。其中核心部件由主變頻器控制，所以此處將主變頻器整體結(jié)構(gòu)原理作簡(jiǎn)要介紹。圖2表示混合電動(dòng)大客車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)及電流互感器位置。

變頻器主要包括三部分電路：高低壓控制電路、程控電路、信號(hào)部分電路。高低壓控制電路主要由動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電容、直流接觸器、IGBT三相橋等部件組成；程控部分主要由驅(qū)動(dòng)板、程控板、CPU226核心模塊、EM235模塊等組成；信號(hào)電路部分主要由電流傳感器、PLC板和排線等，圖3描述了主變頻器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3中IS1/IS2/IS3/IS4是霍爾式電流互感器，其中IS1是直流電流互感器，用于檢測(cè)高壓動(dòng)力電池輸出的直流負(fù)載電流，IS2/ IS3/IS4則是檢測(cè)主變頻器輸出到主驅(qū)動(dòng)電機(jī)U、V、W三相的相電流的交流電流互感器。圖3有5根粗排線線束，分別用于電流互感器與程控板和PLC板的連接共4根線束，以及一根用于CPU226電腦模塊與EM235模塊間的數(shù)據(jù)傳輸。

（3）程控板的電路分析

程控板里寫(xiě)有程序，其是驅(qū)動(dòng)板的“指揮員”，而驅(qū)動(dòng)板作為IGBT三相橋的前級(jí)電路，控制IGBT適時(shí)適度地工作，為IGBT模塊提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。圖3中的PLC控制板，主要起功率放大的作用。

①程控板FWD端電壓信號(hào)分析：在PLC板的MCN1L/5端與PCN10/5端之間實(shí)為一個(gè)反相器，兩端子電壓呈相反的關(guān)系，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)著車(chē)但沒(méi)有掛擋不加油時(shí)，CPU226的Q0.7端即MCN1L/5端子為0，程控板的FWD端子則為20V；當(dāng)踩下油門(mén)踏板加油時(shí)，Q0.7端子轉(zhuǎn)換為高電位，程控板的FWD端子則為0，這時(shí)程控板處于準(zhǔn)備運(yùn)行狀態(tài)。

②程控板動(dòng)力信號(hào)電路分析：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)著車(chē)掛擋但不加速時(shí)，由電子油門(mén)踏板位置傳感信號(hào)，使得EM235模塊的V0與M0不輸出信號(hào)電壓，加油時(shí)才輸出信號(hào)電壓，前進(jìn)擋時(shí)輸出正信號(hào)，倒擋輸出負(fù)信號(hào)。信號(hào)電壓在正負(fù)10V之間，隨油門(mén)開(kāi)度的加大而電壓加大。

2.高壓控制系統(tǒng)“過(guò)電流”故障

所謂“過(guò)電流”就是混合動(dòng)力車(chē)輛，動(dòng)力電池輸出或輸入的直流電流過(guò)大，或是主變頻器至主驅(qū)動(dòng)電機(jī)間的交流電流，超過(guò)了其允許輸出的最大電流，經(jīng)電腦CPU226識(shí)別后，通過(guò)CAN線向車(chē)上顯示屏發(fā)送報(bào)警信號(hào)，因此顯示屏出現(xiàn)“過(guò)電流故障碼1”，警示駕駛員應(yīng)立即停車(chē)檢查維修。如果駕駛員繼續(xù)行駛，電腦這時(shí)車(chē)輛實(shí)施保護(hù)性措施，會(huì)發(fā)出終止輸出動(dòng)力信號(hào)，強(qiáng)行命令停車(chē)，即不允許車(chē)輛起步或行駛，避免動(dòng)力電池或主變頻器IGBT或主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的故障進(jìn)一步擴(kuò)大。但本車(chē)這種過(guò)電流故障究竟是屬于前者造成的，還是后者造成的？仍有待進(jìn)一步鑒別。

（1）動(dòng)力電池蓄電性能下降，出現(xiàn)“過(guò)電流故障碼1”

動(dòng)力電池蓄電性能下降，也會(huì)造成直流電流過(guò)大，出現(xiàn)“過(guò)電流故障碼1”?；旌蟿?dòng)力車(chē)輛在制動(dòng)時(shí)，有能量再生功能，即在高速制動(dòng)轉(zhuǎn)為低速過(guò)程中，主驅(qū)動(dòng)電機(jī)立即會(huì)由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)變頻器的IGBT三相橋模組整流給動(dòng)力電池充電。在車(chē)輛輕度制動(dòng)時(shí)，瞬間充電電流可達(dá)150A左右，中度制動(dòng)可達(dá)300A左右。如果這時(shí)動(dòng)力電池性能下降，其端電壓會(huì)迅速上升，造成瞬時(shí)過(guò)充電電流超過(guò)300A以上，高壓?jiǎn)误w電池組的電壓可迅速上升超過(guò)3.6V時(shí)，從而會(huì)出現(xiàn)過(guò)電流的故障碼“1”。

為判斷動(dòng)力電池性能是否下降，我們通過(guò)點(diǎn)擊車(chē)載顯示屏上的查詢自診系統(tǒng)，查看到動(dòng)力電池的單體電壓為3.25～3.36V之間，說(shuō)明動(dòng)力電池性能良好，確認(rèn)過(guò)電流故障不是因動(dòng)力電池組性能下降的故障造成的，如圖4所示，動(dòng)力電池的單體電壓均在正常值。再檢測(cè)55KW主驅(qū)動(dòng)電機(jī)三相繞組的直流電阻及漏電狀況正常，也不存在電機(jī)斷路缺相情況，拆下變頻器室的檢修蓋板，檢查變頻器的UVW三相動(dòng)力線接頭等絕緣情況也是完好無(wú)損。

（2）動(dòng)力電池高壓直流電流信號(hào)的分析

此車(chē)使用的均為霍爾式電流互感器，它與普通的每感器不同，需要輸入一定的工作電壓，才能反映出所檢測(cè)的工作電流值。霍爾式電流互感器上共有4條線：+15V、-15V、0搭鐵線和傳感信號(hào)線。PLC板為IS1提供±15V工作電壓，當(dāng)高壓蓄電池正極電路上有電流輸出時(shí)，IS1互感器信號(hào)電壓輸出至PLC板，見(jiàn)圖3中PLC板下方的橫框，橫框中多了一條屏蔽隔離保護(hù)線。IS1輸出的信號(hào)經(jīng)PLC板將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，由MCN16插頭的1～4四腳，輸送至CPU226模塊的I1.0-I1.3腳端，再傳輸?shù)紼M235模塊后，經(jīng)V0、M0輸出到程控板。即從V0、M0間的端電壓，可檢驗(yàn)高壓直流電流信號(hào)的正確與否。圖5反映了車(chē)載主變頻器與車(chē)載顯示屏的電路皆輸送到CPU226模塊的I1.0～I(xiàn)1.3腳端的信號(hào)，還有兩個(gè)作用，一是用于車(chē)載顯示屏顯示高壓直流充放電的電流值；二是用作保護(hù)高壓蓄電池，當(dāng)母線電流超過(guò)最大值時(shí)，CPU226憑此信號(hào)來(lái)終止輸出動(dòng)力信號(hào)。圖6為動(dòng)力電池的直流電流互感器。

如果這時(shí)掛擋加油，EM235模塊的V0、M0端子不輸出動(dòng)力電壓信號(hào)，CPU226模塊的Q0.7端子不輸出24V高電位工作信號(hào)，程控板將不會(huì)工作，從而起停車(chē)保護(hù)的作用，保護(hù)逆變?cè)蘒GBT管不致受到過(guò)電流的沖擊而燒毀。

（3）高壓交流電流信號(hào)的電路分析

與上述直流電流信號(hào)的電路相同，程控板也為IS2/IS3/IS4霍爾式電流互感器輸送±15V的工作電壓，當(dāng)IS2/IS3/IS4電流互感器檢測(cè)到三相動(dòng)力線有電流通過(guò)時(shí)，從圖3可見(jiàn)IS2/IS3/IS4輸出信號(hào)電壓至程控板，程控板CPU接收這三個(gè)電壓信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行分析判斷，從而控制IGBT橋組的工作。

從上述分析可見(jiàn)，直流或交流兩路采集的高壓電流信號(hào)，均輸送到CPU226的I1.0～I(xiàn)1.3，模塊CPU226頗時(shí)監(jiān)測(cè)這兩路電流信號(hào)是否正常，不管哪一路一旦出現(xiàn)故障，都會(huì)轉(zhuǎn)換為CAN信號(hào)，通過(guò)CAN線在車(chē)載顯示屏顯示故障碼，出現(xiàn)電流“故障碼1”的報(bào)警提示，同時(shí)也發(fā)出指令，不讓車(chē)輛起步和行駛。

（4）交流端電流互感器斷路引起“過(guò)電流”保護(hù)故障

首先，檢查4個(gè)電流傳感器工作電壓：打開(kāi)點(diǎn)火鑰匙，讓車(chē)輛完成正常的上高壓電的過(guò)程后。測(cè)量程控板上的三個(gè)交流電流互感器的工作電壓，檢測(cè)±15V供電正常。同樣檢測(cè)PLC板輸出的±15V電壓正常。當(dāng)車(chē)輛還沒(méi)有被驅(qū)動(dòng)前，電流互感器的信號(hào)電壓為0也屬正常。

其次，“過(guò)電流”故障不是動(dòng)力電池引起的。按維修手冊(cè)規(guī)定，通過(guò)檢測(cè)EM235的輸出Ai1與M的端電壓，以及程控板FWD端工作電壓，可判斷電流互感器IS1信號(hào)是否正常，從而判斷動(dòng)力電池高壓正極線上電流是否有異常過(guò)大的故障。在車(chē)輛著車(chē)掛擋加油時(shí)，小油門(mén)時(shí)測(cè)量Ai1與M的端電壓為2.5～3.5V，且隨著油門(mén)開(kāi)度而增大到接近10V；在掛擋不加油時(shí)Q0.7為0，F(xiàn)WD為20V；加油門(mén)時(shí)Q0.7為26.5V，F(xiàn)WD信號(hào)為0.3V。所測(cè)得的結(jié)果與技術(shù)參數(shù)相符。說(shuō)明“過(guò)電流”故障不是由動(dòng)力電池端的高壓直流互感器引起的。

最后，產(chǎn)生“過(guò)電流”故障是交流端的電流互感器斷路引起的。通過(guò)上述檢查，已經(jīng)將故障范圍縮小到主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的交流供電部分了，具體就是主電機(jī)、程控板、電流互感器和IGBT三相轉(zhuǎn)換橋板了。檢測(cè)主電機(jī)的基本狀況良好，肉眼未發(fā)現(xiàn)程控板電路的異常，于是決定先檢查三個(gè)電流互感器。

拆卸電流互感器需先拆主驅(qū)動(dòng)板，而驅(qū)動(dòng)板上有高壓電。這里必須提出的是，根據(jù)維修規(guī)范的安全要求，維修高壓部分時(shí)要先拆掉動(dòng)力電池的正負(fù)極，并切斷高壓開(kāi)關(guān)，等待約15min，讓儲(chǔ)能電容放電完畢后才能進(jìn)行維修。按規(guī)范要求依次拆下驅(qū)動(dòng)板、程控板。再拔掉電流互感器的插頭，未發(fā)現(xiàn)有受損斷裂部位，用萬(wàn)用表逐根測(cè)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)IS4的線束中的信號(hào)電壓線已經(jīng)斷路，已經(jīng)不能檢測(cè)該相電路的交流電流了（圖7）。W相互感器線束的信號(hào)線有短路故障

按主驅(qū)動(dòng)電機(jī)三相交流電流的平衡原則，即應(yīng)符合三相平衡條件：Iu+Iv+Iw=0，也就是任何時(shí)刻，二相上的電流之和必等于第三相的電流，如應(yīng)符合IS2+IS3=IS4條件。若三相電流不平衡時(shí)，互感器信號(hào)不正常，則輸出數(shù)字報(bào)警信號(hào)，由程控板上的Y1～Y4端輸出至PLC板PCN12插頭的6～3腳，經(jīng)CPU226的I1.0～I(xiàn)1.3，再轉(zhuǎn)換為CAN信號(hào)，通過(guò)CAN線在車(chē)載顯示屏顯示故障碼，出現(xiàn)電流“故障碼1”的報(bào)警。按維修手冊(cè)的指引，經(jīng)過(guò)細(xì)致的電路分析，以及實(shí)際檢測(cè)電路，這個(gè)隱蔽的故障終于找到了，更換交流電流互感器后，本車(chē)故障得以排除。

維修小結(jié)

我們?cè)谔幚砘靹?dòng)車(chē)型的同類“過(guò)電流1”的故障時(shí)，按此電路的分析方法，順利得以排除。其中有程控板上IS2/IS3/IS4電流互感器接線焊點(diǎn)被腐蝕斷路，電流互感器線束內(nèi)部斷線，以及±15V供電不正常等引起的故障。

（作者汪學(xué)森、汪貴行單位：深圳通達(dá)汽車(chē)培訓(xùn)學(xué)校）