新能源試制樣車總裝高壓部件裝調研究

荊坤

摘要：新能源試制樣車總裝高壓部件裝調分為試制前、試制中和電檢調試3個環(huán)節(jié)，通過3個環(huán)節(jié)對動力電池、電機、高壓線束、高壓控制系統(tǒng)、其它高壓部件、整車絕緣電阻、整車電位均衡、油液加注、調試準備、調試流程等14個控制項的控制內容進行了全面分析和研究，形成了一套適用于新能源汽車高壓部件總裝試制裝調方法。

關鍵詞：新能源汽車 試制樣車 高壓部件 裝調

中圖分類號：U466? ?文獻標識碼：B? ?DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20230054

Abstract： The assembling and commissioning of high voltage parts of the new energy vehicle prototype is divided into 3 steps， i.e. pre-test， test and electric test. 14 control items including power battery， motor， high voltage wiring harness， high-voltage control system， other high-voltage parts， vehicle insulation resistance， vehicle potential balancing， oil & fluids filling， commissioning preparation， commissioning procedure， were analyzed and studied comprehensively through 3 steps， forming a set of prototyping & commissioning method for high-voltage parts of new energy vehicles.

Key words： New energy vehicle， prototype， High voltage part， Assembling and commissioning

1 前言

中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，產(chǎn)銷量連續(xù)7年位居世界第一[1]。中國汽車工業(yè)協(xié)會最新數(shù)據(jù)顯示，2022年新能源汽車產(chǎn)、銷量分別達705.8萬輛和688.7萬輛，同比增長96.9%和93.4%，市場占有率達25.6%。同期，中國新能源汽車出口67.9萬輛，同比增長1.2倍。

面對發(fā)展迅猛的新能源汽車產(chǎn)業(yè)，汽車主機廠試制部門為保證新車型安全有效地進行驗證，需要明確新能源汽車專用系統(tǒng)、總成及部件試制裝調內容。本文通過對新能源汽車高壓部分的試制裝調內容進行詳細闡述并結合多年的試制總裝技術經(jīng)驗，形成了一套適用于新能源汽車高壓部件總裝試制裝調方法。

2 新能源汽車概述

新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進、具有新技術、新結構的汽車。新能源汽車包括4大類型：混合動力電動汽車（HEV）、純電動汽車（BEV，包括太陽能汽車）、燃料電池電動汽車（FCEV）、其他新能源（如超級電容器、飛輪等高效儲能器）汽車。

新能源汽車上的高壓部件有動力電池、驅動電機、電源分配單元（Power Distribution Unit，PDU）、電動壓縮機、轉換器（DC/DC）、車載充電機（On-Board Charger，OBC）、加熱器（Positive Temperature Coefficient，PTC）、高壓線束，這些部件組成了整車的高壓系統(tǒng)，其中動力電池、驅動電機、高壓電控系統(tǒng)為新能源汽車上的3大核心部件。

3 試制高壓部件裝調控制

新能源試制樣車專用高壓部件的裝調內容與傳統(tǒng)試制樣車一樣，應合理、可行、完備，這樣才能在總裝試制環(huán)節(jié)對高壓部件開展有效的驗證工作。本文通過對試制前、試制中和整車電檢調試3個環(huán)節(jié)開展的各項控制內容進行整理和總結，如表1所示，其主要分為3個環(huán)節(jié)和14個控制項。同時結合新能源整車試制總裝的技能水平，添加了控制的主導方、控制頻率。表1的控制要點形成了一套適用于新能源汽車高壓部件總裝試制裝調方法，確保了總裝試制環(huán)節(jié)安全有序進行。

3.1 試制前高壓部件控制

3.1.1 試制前動力電池控制要點

目前，我國動力電池技術在世界上處于領先水平，全球排名前10的動力電池企業(yè)中，中國占了7席。動力電池主要影響新能源汽車的續(xù)駛里程和充電速度。我國新能源汽車所使用的動力電池主要有磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。首先確認動力電池的外觀、外形尺寸及質量、標識，然后使用絕緣電阻測試儀測量動力電池外圍絕緣電阻值，最后通過上位機讀取動力電池單體電壓及溫度差、荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）、絕緣電阻，確認上述檢查項目全部滿足產(chǎn)品技術要求方可使用。通過絕緣電阻測試儀和上位機測量的絕緣電阻值會出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象，需要根據(jù)產(chǎn)品設計要求來判定是否合格。同時，為保證試制現(xiàn)場安全，一般要求動力電池到件時SOC小于30%。

3.1.2 試制前驅動電機控制要點

電機主要影響新能源汽車的車速以及加速性能、爬坡性能與負載能力。電機一般可分為永磁同步電機和交流異步電機，我國新能源汽車一般使用的是效率更高、可靠性更強、體積更小的永磁同步電機。首先確認驅動電機的外觀、外形和安裝尺寸、質量，然后用絕緣電阻測試儀測量驅動電機定子繞組對機殼和溫度傳感器的冷態(tài)絕緣電阻值，確認上述檢查項目全部滿足產(chǎn)品技術要求方可使用。外觀確認以目視為主，對于有明確強度要求的技術參數(shù)，如緊固件扭矩，應用力矩扳手等必要的工具。當被測部件最高工作電壓不超過250 V時，選用絕緣電阻測試儀500 V檔位；當被測部件最高工作電壓超過250 V，不超過1 000 V時，選用絕緣電阻測試儀1 000 V檔位。帶有發(fā)電機的新能源車型還需要對發(fā)電機的相關項目進行確認。

3.1.3 試制前高壓電控系統(tǒng)控制要點

電控系統(tǒng)是連接電機與電池的神經(jīng)中樞，主要是對整車進行動態(tài)監(jiān)控及時反饋調整各項技術參數(shù)。電控系統(tǒng)主要包括電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，BMS）和電機管理系統(tǒng)。BMS能夠對電池實時監(jiān)控調節(jié)，能夠在電池充放電過程中進行安全防護，異常情況下自動預警以及低溫充電預加熱，這種技術可實現(xiàn)在低溫環(huán)境下電池的正常啟動和充電。電機控制系統(tǒng)是新能源汽車最核心的技術，它能夠控制直、交流電轉換，同時對交流電機進行變頻控制，決定驅動系統(tǒng)的扭矩、最大輸出功率。由于每款車型的空間布置不同，主機廠會進行集成化設計，例如將BMS集成在動力電池包內、發(fā)電機管理系統(tǒng)和前驅電機管理系統(tǒng)集成在一起、后驅動電機管理系統(tǒng)和后驅電機一體化設計。而對于獨立的電控系統(tǒng)，首先確認外觀、安裝尺寸和質量，然后使用絕緣電阻測試儀測量絕緣電阻；對于集成在其他部件內部的電控系統(tǒng)，只需測量絕緣電阻。

3.1.4 試制前其它高壓部件控制要點

電動壓縮機總成表面無油污、銹蝕、銳邊等外觀缺陷，導線護套無破裂，接插件無變形，絕緣電阻≥50 MΩ；PTC為乘員艙暖風系統(tǒng)和電池熱管系統(tǒng)提供熱源，表面應潔凈，無毛刺、異物，無明顯傷痕，接插件無變形，絕緣電阻≥500 MΩ；DC/DC轉換器是直流電路中轉換電壓值的電能裝置，表面平整、無明顯劃傷、變形缺陷，各獨立帶電電路與外殼之間的絕緣電阻≥20 MΩ；OBC為動力電池提供充電，表面無破損、銹蝕缺陷，接插件無變形，交、直流端口絕緣電阻≥20 MΩ；高壓線束負責傳輸電能，能夠屏蔽外接信號干擾，外觀無損傷、變形等缺陷，尺寸、分支點分線方向及定位件方向應符合圖紙要求，通電檢測無短路、斷路、錯路現(xiàn)象，其連接器端子與端子、外殼屏蔽層間絕緣電阻≥500 MΩ。

3.2 試制過程中高壓部件控制

試制裝配過程中應按要求穿戴勞動保護用品，確保安全文明生產(chǎn)；應仔細閱讀本工序的圖紙技術要求、裝配工藝規(guī)程或裝調技術文件，了解本工序所要裝配的部件質量要求、裝配順序或裝

b. 調試設備準備：樣車調試工作開始前，應準備以下工具：控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network，CAN）和局域互聯(lián)網(wǎng)絡（Local Interconnect Network，LIN）通訊監(jiān)控、萬用表、轉接線、12 V穩(wěn)壓電源、交/直流充電樁、16 A/10 A充電插座、示波器、絕緣電阻測試儀、車輛托舉設備等。

c. 場地及安全防護準備：樣車調試應在保密區(qū)域內進行，安全防護措施及各項消防設施配備齊全；場地采光或照明必須充足；場地內應安裝220 V交流電源插座、慢充樁、快充樁；調試人員需配備絕緣手套、絕緣鞋等勞保用品；車輛舉升四輪離地。

d. 車輛狀態(tài)確認：車輛調試前應確認相關系統(tǒng)安裝連接到位，動力電池有25%左右的SOC，混動車輛不要加注燃油；整車電、液、氣連接檢查，保證連接正確；動力電池手動維護開關（Manual Service Disconnect，MSD）處于打開狀態(tài)或斷開BMS控制保險；各控制器軟件刷寫和標定只允許負責工程師執(zhí)行，嚴禁代刷寫。

3.3.2 試制樣車調試項目控制要點

新能源試制樣車電檢調試流程如圖1所示，根據(jù)新能源車型不同會略有差異。

a. 低壓供電調試：檢查高低壓線束插接是否正常，是否存在未插接脫落現(xiàn)象；測量蓄電池正極線束端對地是否無短路，確保蓄電池電壓>12 V，連接蓄電池負極線束，車輛可以進入ON電狀態(tài)喚醒整車KL15電源；接下來進行硬線接口、CAN通訊及LIN通訊測試，應完成正常狀態(tài)下可測量的所有狀態(tài)測試；整車下電，斷開蓄電池負極線束。

b. 高壓安全確認：將車輛舉升四輪離地，裝配MSD或插上BMS的控制保險，然后連接蓄電池負極線束并搭接12 V穩(wěn)壓電源；通過鑰匙或智能進入及啟動系統(tǒng)（Passive Entry Passive Start，PEPS）上電，通訊測試檢查報文中是否無高壓互鎖故障；觀察上電執(zhí)行順序是否符合設計流程，高壓上電測試通過后，進行下電操作，觀察下電執(zhí)行順序是否符合設計流程；高壓上下電測試通過后，可撤除外部12 V穩(wěn)壓電源。

c. 版本號確認和故障查詢：對各控制器硬件和軟件版本號進行核對，應與鎖定版本一致；鑰匙處于OFF狀態(tài)時，采集總線上應無報文；上電采集總線上控制器報文應無故障信息。

d. 底盤功能調試：上電狀態(tài)下，車輛靜止踩制動踏板應無卡滯，采集的車輛報文應無故障信息；開啟駐車，不踩制動時車輪應抱死，且電子駐車制動系統(tǒng)（Electrical Park Brake，EPB）報文正常，駐車燈狀態(tài)也要符合設計要求；在轉向過程中應有轉向助力且無抖動現(xiàn)象發(fā)生，同時無電動助力轉向系統(tǒng)（Electric Power Steering，EPS）相關故障。

e. 整車控制功能調試：上下電功能調試時，要求整車Ready能點亮，控制器發(fā)送正常，無上下電故障，下電后規(guī)定時間后無報文；擋位功能調試時，不踩制動換擋儀表擋位應在N擋閃爍，踩制動換擋儀表顯示應與擋位變化應一致；DC/DC功能調試時，需檢查報文中蓄電池電壓值與實測是否一致，功能是否正常；最后，在整車Ready下插慢充槍時，整車應退出Ready，并且整車模式應為運行異常模式。

f. 整車慢充功能調試：調試過程中需要測試車輛在家用16 A充電插座、16 A和32 A交流電充電樁上的充電狀態(tài)。要求車載充電機輸出電壓及電流指令正常，總線上無故障報文，輸出電壓/電流值正常，整車模式為慢充模式；此外，觀察慢充充電至少10 min，確認車輛可以正常慢充，慢充過程中查看電子鎖是否為鎖止狀態(tài)，當充電槍無法拔出時，電子鎖指示燈應為紅色；操作充電樁可以停止充電，且總線上應無故障報文。

g. 熱管理功能調試：在進行動力系統(tǒng)熱管理調試時，需要先整車上電Ready，確認電機、電機控制器絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）、車載充電機和DC/DC溫度信息正常；通順也要查看水泵驅動使能，檢查水泵速比報文及水泵工作狀態(tài)是否正常；動力電池系統(tǒng)熱管理在整車上電Ready后，會采集動力電池電芯溫差、電芯溫度報文并確保其在理論值范圍內；此外，整車在充電模式下采集動力電池電芯溫差、電芯溫度報文也要在理論范圍內。

h. 純電行駛功能調試：進行驅動電機角標學習后，分別在D擋和R擋下調試了蠕行狀態(tài)的電機轉矩控制；確認蠕行控制通過后，進行小油門和松油門減速、制動操作，全部通過后，將車輛放回地面；原地進行前進、倒退測試；確保車輛在任何擋位停在上坡處，車輛防溜坡功能能夠正常介入，且保證車輛在R擋位停在下坡處，車輛防溜坡功能也能夠正常介入，車輛不發(fā)生溜坡。

i. 發(fā)動機運行調試：此階段可以加注燃油，然后將車輛舉升四輪離地；通過上位機標定的方式控制油泵的工作轉速，確保能夠正確執(zhí)行控制器的轉速需求；在確認電機轉矩和旋向后進行發(fā)動機啟動調試，發(fā)動機控制單元進行啟機過程噴油點火相關調試，保證發(fā)動機按照設計策略完成啟動操作；之后進行整車控制器和發(fā)動機控制單元進行聯(lián)調，完成發(fā)動機怠速和怠速發(fā)電控制、轉速穩(wěn)定運行、過渡工況、減速功能的調試；此外，還要進行停機操作，以測試停機是否滿足設計邏輯；發(fā)動機測試通過后，將車輛放回地面。

j. 串聯(lián)行駛調試：車輛轉入道路調試階段，進行串聯(lián)工況調試，完成不同踏板開度下串聯(lián)行駛時運行工況的確認。

k. 整車快充功能調試：在直流充電樁上進行測試，觀察車輛快充10 min的狀態(tài)，確保車輛可以正?？斐?，期間電池電壓及電流值處于正常范圍內，操作充電樁停止充電，總線上無快充報文故障。

3.3.3 調試結束檢查

上述調試過程結束后，工程師應當完成樣車調試報告，記錄調試過程中的問題，并針對未解決的問題進行說明。

4 結束語

本文總結形成的新能源汽車總裝高壓部件裝調方法，從試制前、試制中及電檢調試3個方面對整車試制總裝環(huán)節(jié)做了全面分析和研究。為國內開展新能源汽車總裝試制的車企提供了驗證方法參考標準和依據(jù)，使得國內新能源汽車總裝試制高壓部件裝調工作更加規(guī)范化和系統(tǒng)化。確保了新能源試制樣車在安全有序的情況下進行，提高了試制效率，從而達到提升產(chǎn)品質量、降低成本及縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的目的，讓企業(yè)在激烈的市場競爭中占據(jù)優(yōu)勢、贏得更多用戶。

參考文獻：

[1] 姜智文. 2022年汽車銷量超2686萬輛 新能源市占率25.6%[EB/OL]. （2023-01-13）[2023-03-08].? http：//auto.ce.cn/auto/gundong/202301/13/t20230113_38344534.shtml.