新能源車(chē)輛高壓電池?zé)峁芾砉收吓挪?/h1>

2019-05-07 06:20:32王力

汽車(chē)電器訂閱 2019年4期 收藏

關(guān)鍵詞：相線鐵線運(yùn)轉(zhuǎn)

王 力

（中通客車(chē)控股股份有限公司，山東 聊城 252000）

新能源車(chē)輛電器系統(tǒng)是集高、低壓電器及總線通訊網(wǎng)絡(luò)為一體的綜合電器系統(tǒng)，新能源車(chē)輛電器問(wèn)題是對(duì)故障維修人員一個(gè)全面知識(shí)的考查，本例車(chē)輛經(jīng)高壓電池廠家、動(dòng)力系統(tǒng)廠家等組織人員進(jìn)行多次排查，均不能排除故障，造成該車(chē)帶病運(yùn)行半年之久，后經(jīng)過(guò)筆者現(xiàn)場(chǎng)檢查分析，最終找到產(chǎn)生問(wèn)題的真正原因，作為疑難故障的排除案例，該例維修過(guò)程及思路可供新能源車(chē)輛故障維修排查借鑒參考。

1 車(chē)輛故障現(xiàn)象

某品牌10 m混合動(dòng)力商用客車(chē) （由高壓電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供輔助動(dòng)力），故障現(xiàn)象如下。

1）接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)內(nèi)部風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)正常，車(chē)輛正常起動(dòng)后，其中一只散熱風(fēng)扇立刻停止，另外一只散熱風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

2）在車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中，電池溫度＞28℃的情況下，任意一只風(fēng)扇停轉(zhuǎn)或兩只散熱風(fēng)扇均停止運(yùn)轉(zhuǎn)，均不能自己恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

3）在車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中，電池溫度高于28℃的情況下，首先一只散熱風(fēng)扇停轉(zhuǎn)，持續(xù)一段時(shí)間后，另外一只風(fēng)扇也停止工作。

4）故障車(chē)輛儀表不定時(shí)顯示混合動(dòng)力和高壓電池高溫故障。

故障說(shuō)明：①電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)同一回路中并聯(lián)的兩只散熱風(fēng)扇，隨機(jī)性出現(xiàn)停轉(zhuǎn)；②任何一只或兩只散熱風(fēng)扇停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，風(fēng)扇自身不能恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須重新上電才能恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，仍會(huì)出現(xiàn)風(fēng)扇停止運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題。

2 檢查過(guò)程

該車(chē)型為混合動(dòng)力客車(chē)，采用發(fā)動(dòng)機(jī)+高壓電機(jī)的同軸雙動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，高壓電機(jī)由車(chē)輛內(nèi)部的高壓電池提供能源，高壓電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)采用風(fēng)冷散熱方式，高壓電池散熱風(fēng)扇如圖1所示。經(jīng)查詢技術(shù)資料，動(dòng)力電池的內(nèi)部散熱風(fēng)扇由單只繼電器控制，兩只風(fēng)扇采用并聯(lián)連接方式，動(dòng)力電池散熱風(fēng)扇的工作條件是：BMS電池管理系統(tǒng)主板采集電池內(nèi)部的溫度信號(hào)，當(dāng)動(dòng)力電池內(nèi)部溫度高于28℃時(shí)，BMS發(fā)出控制信號(hào)，接通風(fēng)扇繼電器線圈，繼電器觸點(diǎn)吸合，兩只風(fēng)扇同時(shí)通電工作為動(dòng)力電池散熱。

接著，對(duì)風(fēng)扇繼電器電路進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)當(dāng)風(fēng)扇一只或兩只均停止運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，風(fēng)扇兩端的電壓始終為27.7 V，為防止虛電壓現(xiàn)象，在散熱風(fēng)扇兩端并接一只2 W燈泡，當(dāng)風(fēng)扇工作或停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燈泡始終是點(diǎn)亮的，且亮度沒(méi)有明顯的明暗變化，萬(wàn)用表顯示風(fēng)扇兩端的電壓始終穩(wěn)定在27.7 V左右。

初步判斷的結(jié)果集中在電池風(fēng)扇本身，但是，駕駛員反映當(dāng)前車(chē)上的高壓電池不是原車(chē)電池，是從另一臺(tái)同樣的新能源車(chē)輛替換過(guò)來(lái)的，原車(chē)電池?fù)Q到另一輛新能源車(chē)輛上也能正常工作，咨詢電池廠家關(guān)于散熱風(fēng)扇的技術(shù)參數(shù)問(wèn)題，但是配套廠家不知是出于保密或是其他的原因，對(duì)自身采用散熱風(fēng)扇的技術(shù)參數(shù)不太清楚，電池廠家采用了新的國(guó)產(chǎn)散熱風(fēng)機(jī)，并且是無(wú)刷風(fēng)機(jī)。經(jīng)查詢，無(wú)刷風(fēng)機(jī)不同于常規(guī)的有刷電機(jī)，無(wú)刷風(fēng)機(jī)增加了保護(hù)電路，例如：輸入過(guò)壓保護(hù)、輸入欠壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)流保護(hù)等功能，它對(duì)電源供電的要求特別高，輸入電壓過(guò)高、過(guò)低、紋波干擾等，均會(huì)造成無(wú)刷電機(jī)保護(hù)停轉(zhuǎn)。

圖1 高壓電池散熱風(fēng)扇圖

3 電器線路檢查

3.1 低壓電器線路檢查

系統(tǒng)配電盒原理如圖2所示，混合動(dòng)力系統(tǒng)線束圖如圖3所示。根據(jù)上述情況，決定首先解決過(guò)壓?jiǎn)栴}。由于瞬間的干擾和高電壓是不能通過(guò)常規(guī)的萬(wàn)用表檢查出來(lái)的，加上現(xiàn)場(chǎng)的維修條件有限，只能采用費(fèi)時(shí)、費(fèi)力的方法來(lái)驗(yàn)證電源過(guò)壓的問(wèn)題。首先檢查動(dòng)力電池散熱風(fēng)扇供電的電源線路，24 V常電經(jīng)過(guò)30 A熔斷絲和電池風(fēng)扇繼電器，連接至電池箱體航空插接器12腳，負(fù)極腳位是14腳，線號(hào)為9-5，中間經(jīng)過(guò)插接器3-1，3-2；電傳動(dòng)熔斷絲盒插接器A；電池箱插接器HD-36-19SE連接至高壓電池內(nèi)部。

圖2 系統(tǒng)配電盒原理圖

圖3 混合動(dòng)力系統(tǒng)線束圖

圖4 24 V發(fā)電機(jī)安裝位置圖

低壓線路排查后，繼續(xù)更換了存在問(wèn)題車(chē)輛的24 V發(fā)電機(jī)，經(jīng)起動(dòng)車(chē)輛實(shí)驗(yàn)，起動(dòng)車(chē)輛風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)正常，但是在車(chē)輛起步時(shí)，其中一只風(fēng)扇繼續(xù)停轉(zhuǎn)，說(shuō)明停轉(zhuǎn)保護(hù)不是由車(chē)輛低壓電路輸入電壓過(guò)高造成的，因此只能恢復(fù)原車(chē)發(fā)電機(jī)。24 V發(fā)電機(jī)安裝位置見(jiàn)圖4。

既然電池散熱風(fēng)機(jī)不是過(guò)壓造成的保護(hù)，接著檢查風(fēng)機(jī)是否過(guò)載，采取措施將兩只風(fēng)機(jī)首尾連接，串聯(lián)后，兩只風(fēng)機(jī)各分得一半的電源電壓，轉(zhuǎn)速下降，運(yùn)轉(zhuǎn)電流減小，車(chē)輛準(zhǔn)時(shí)發(fā)車(chē)，駕駛員收車(chē)后反映，電池風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)正常，沒(méi)有出現(xiàn)停轉(zhuǎn)現(xiàn)象。我們對(duì)車(chē)輛再次進(jìn)行排查發(fā)現(xiàn)，正如駕駛員說(shuō)的，風(fēng)扇一直工作正常，車(chē)輛運(yùn)行了一上午，沒(méi)有出現(xiàn)電池風(fēng)扇停轉(zhuǎn)問(wèn)題，于是，將檢測(cè)過(guò)程中的所有電路恢復(fù)，準(zhǔn)備跟車(chē)測(cè)試，結(jié)果，風(fēng)扇再次出現(xiàn)停轉(zhuǎn)現(xiàn)象，檢修工作陷入僵局。

總結(jié)分析：如果原車(chē)電源受到干擾污染，就會(huì)直接影響無(wú)刷電機(jī)的運(yùn)行，接著，我們自另外一臺(tái)相同的新能源車(chē)輛連接24 V蓄電池，單獨(dú)為電池風(fēng)扇供電，測(cè)試結(jié)果非常意外，風(fēng)扇供電連接獨(dú)立的24 V電源后，在起動(dòng)瞬間，電池風(fēng)機(jī)立刻停轉(zhuǎn)；將獨(dú)立的24 V電源直接連接至風(fēng)扇插頭兩端，車(chē)輛起動(dòng)后，風(fēng)扇不會(huì)出現(xiàn)停轉(zhuǎn)現(xiàn)象；先后經(jīng)過(guò)更換發(fā)電機(jī)、限制發(fā)電、外接24 V電源等措施，均不能消除電池散熱風(fēng)扇停轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，說(shuō)明原車(chē)24 V低壓電源系統(tǒng)基本正常，故障部位鎖定在高壓系統(tǒng)中。

3.2 高壓電器線路檢查

維修發(fā)現(xiàn)，在動(dòng)力電池19針插頭 （Connect HD-36-19SE）附近，人為的連接了一根搭鐵線 （圖5），搭鐵線的一端連接到電池外殼，這也是該車(chē)與其他車(chē)輛電器線路的唯一區(qū)別，如果斷開(kāi)該處的外殼搭鐵線，整車(chē)通訊就會(huì)出現(xiàn)故障。我們重新梳理檢修過(guò)程及步驟，當(dāng)在動(dòng)力電池插頭部位連接獨(dú)立的24 V電源后，雖然理論上與原車(chē)供電隔離，但是該處的外殼接搭鐵線，相當(dāng)于并沒(méi)有與原車(chē)脫離，而直接連接電池內(nèi)部風(fēng)扇插接器時(shí)，相當(dāng)于與原車(chē)電路徹底隔離，此時(shí)，風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)正常，說(shuō)明原車(chē)搭鐵線已被污染。按照這個(gè)思路，在低壓電器系統(tǒng)正常的情況下，我們繼續(xù)檢查車(chē)輛的高壓系統(tǒng)。高壓電機(jī)接線端子見(jiàn)圖6。

圖5 高壓電池箱電器圖

圖6 高壓電機(jī)接線端子圖

首先檢查電機(jī)三相交流線，打開(kāi)電機(jī)接線端子，用普通萬(wàn)用表測(cè)量三相交流線與車(chē)身之間的電阻，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，每一根三相交流線的搭鐵電阻均為1.8 Ω，說(shuō)明原車(chē)交流高壓電路對(duì)車(chē)身外殼存在嚴(yán)重的短路現(xiàn)象。根據(jù)由簡(jiǎn)到繁的原則，依次拆除電機(jī)端三相交流線，分別測(cè)量電機(jī)端與逆變器端的搭鐵電阻，電機(jī)端三相交流線的搭鐵電阻依次為：U相線搭鐵電阻為∝大，V相線搭鐵電阻為∝大，W相線搭鐵電阻為∝大；逆變器端三相交流線的搭鐵電阻依次為：U相線搭鐵電阻為∝大，V相線搭鐵電阻為∝大，W相線搭鐵電阻為1.8 Ω；說(shuō)明W相線對(duì)車(chē)身存在嚴(yán)重短路現(xiàn)象，為確定最終故障部位，繼續(xù)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆變器進(jìn)行了拆檢。

電機(jī)逆變器接線端子見(jiàn)圖7。打開(kāi)電機(jī)逆變器上蓋，發(fā)現(xiàn)逆變器內(nèi)部三相線中，W相線端子壓接處用絕緣膠帶纏繞，明顯與U、V相線端子壓接處不同，為進(jìn)一步查找原因，繼續(xù)對(duì)W相線端子進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)端子部位做工十分粗糙，有人工維修的痕跡，造成W相線與外層抗干擾屏蔽層短路，此處為故障點(diǎn)。 W相線內(nèi)部接線端子見(jiàn)圖8。

圖7 電機(jī)逆變器接線端子圖

4 處理方案

1）臨時(shí)措施 為消除線路干擾，保障車(chē)輛的正常運(yùn)營(yíng)，剪去逆變器端外部屏蔽線，采用單端搭鐵屏蔽的方式進(jìn)行連接。處理完畢后現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，動(dòng)力電池內(nèi)部風(fēng)扇不再出現(xiàn)異常停轉(zhuǎn)現(xiàn)象，車(chē)輛運(yùn)行一段時(shí)間后，儀表不顯示混合動(dòng)力和高壓電池故障，說(shuō)明該措施可以保證車(chē)輛臨時(shí)運(yùn)營(yíng)不出現(xiàn)問(wèn)題。

2）永久措施 為確保車(chē)輛安全及零部件的可靠性，后續(xù)由售后服務(wù)人員更換新的電機(jī)高壓線路。同時(shí)，對(duì)修復(fù)完畢的車(chē)輛，進(jìn)行了車(chē)輛遠(yuǎn)程監(jiān)控歷史和當(dāng)前數(shù)據(jù)采集和跟蹤驗(yàn)證。

圖8 W相線內(nèi)部接線端子圖

5 問(wèn)題分析與總結(jié)

新能源車(chē)輛線路干擾現(xiàn)象是一個(gè)較為復(fù)雜的問(wèn)題，本例檢修過(guò)程走了很多彎路，經(jīng)過(guò)多輪排查，出現(xiàn)故障時(shí)，風(fēng)扇兩端的電壓穩(wěn)定，因此，故障原因鎖定在干擾問(wèn)題上。針對(duì)干擾問(wèn)題的排查均集中在低壓電器系統(tǒng)上，先后替換電源及相關(guān)電路，更換搭鐵線位置，更換低壓發(fā)電機(jī)，采用外部低壓供電等；更換了大量的零部件，走入故障維修的誤區(qū)。

排除高壓系統(tǒng)的原因在于維修過(guò)程中將高壓電池及電機(jī)通訊都切斷，錯(cuò)誤地認(rèn)為高壓系統(tǒng)會(huì)停止工作，由于實(shí)際故障依然出現(xiàn)，所以高壓系統(tǒng)被排除在外。因?yàn)楹鲆暳烁邏合到y(tǒng)一個(gè)重要的細(xì)節(jié)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的類型是永磁同步電機(jī)，永磁同步電機(jī)的磁極是稀土材料，其磁場(chǎng)恒定且不受外界控制的，并且該車(chē)型的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)是同軸布置的，所以，不論是高壓電機(jī)起動(dòng)車(chē)輛或24 V起動(dòng)機(jī)起動(dòng)車(chē)輛，高壓電機(jī)主回路始終是工作的，U、V、W三相高壓線同樣會(huì)輸出高壓電，存在問(wèn)題的W相高壓線路將屏蔽層與電源直接壓接在一起，W相高壓線與高壓電機(jī)連接，屏蔽層與車(chē)身外殼連接，造成電機(jī)的高壓電串入整車(chē)車(chē)身搭鐵線，低壓24 V搭鐵線被高壓交流電污染，造成搭鐵線電位出現(xiàn)脈動(dòng)現(xiàn)象，直接影響高壓電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)內(nèi)部無(wú)刷風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)車(chē)身附帶交流高壓電后，存在一定的高壓安全隱患。該故障的特殊之處在于交流高壓端搭鐵短路，而線路中只有高壓直流絕緣電阻檢測(cè)，無(wú)法直接發(fā)現(xiàn)搭鐵線被高壓交流污染，造成車(chē)輛帶病運(yùn)行。W相線是連接電機(jī)與電機(jī)控制器之間的高壓連接線，現(xiàn)場(chǎng)處理時(shí)，剪去W相線電機(jī)控制器一端屏蔽層，形成電機(jī)單端屏蔽，使W相線與車(chē)身絕緣隔離，作為永久處理措施，必須更換新的電機(jī)高壓線路。

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