增程式汽車12V DC/DC變換器輸出熔斷絲熔斷問題分析及改進

【摘 要】增程式汽車作為當(dāng)代傳統(tǒng)燃油車向純電動汽車過渡的車型，在汽車發(fā)展中占據(jù)著重要地位。DC/DC變換器作為增程式汽車的關(guān)鍵零部件之一，起著至關(guān)重要的作用。它將高壓電池包輸出的高壓電轉(zhuǎn)換為合適的電壓，為整車及蓄電池供電，確保整車用電器正常用電需求的同時，保證低壓蓄電池處于滿電狀態(tài)，是整車供電系統(tǒng)中不可或缺的一環(huán)。文章結(jié)合某增程式汽車DC/DC變換器輸出熔斷絲熔斷導(dǎo)致蓄電池饋電的問題，進行深入排查，并確認問題發(fā)生的根本原因，進而提出優(yōu)化改進方案，對提高增程式汽車供電系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】增程式汽車;饋電;熔斷絲;DC/DC變換器;供電系統(tǒng)

中圖分類號：U469.72 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：1003-8639（ 2024 ）11-0099-03

Analysis and Improvement of Output Fuse of 12V DC/DC Converter in Extended Range Vehicle

【Abstract】As a model of transition from traditional fuel vehicles to pure electric vehicles，extended-range vehicles play an important role in automobile development. DC/DC converter，as one of the key components of extended range vehicles，plays a vital role. It converts the high-voltage voltage output of the high-voltage battery pack into the appropriate voltage，and supplies power to the vehicle and the battery，ensuring the normal electricity demand of the vehicle electrical appliances at the same time，ensuring that the low-voltage battery is in a fully charged state，which is an indispensable part of the vehicle power supply system. Based on the problem of battery feeding caused by the output fuse of a DC/DC converter in an extended range vehicle，this paper investigates deeply and confirms the root cause of the problem，and then puts forward an optimization and improvement plan. It is of great significance to improve the reliability of the extended range vehicle power supply system.

【Key words】plug-in hybrid vehicle;feed;fuse;DC/DC converter;power supply system

1 整車低壓供電系統(tǒng)介紹

整車低壓供電系統(tǒng)如圖1所示。該車為增程式汽車，兼?zhèn)?2V與24V系統(tǒng)，蓄電池由2塊12V蓄電池串聯(lián)成24V蓄電池，24V DC/DC變換器（簡稱24V DC/DC）為24V系統(tǒng)供電，同時為2塊12V蓄電池充電;從蓄電池2取12V電，12V DC/DC變換器（簡稱12V DC/DC）為整車12V系統(tǒng)供電，同時為蓄電池2充電。

2 問題描述

在該增程式汽車EP1階段進行整車動態(tài)測試時，車輛出現(xiàn)無法上高壓電情況，儀表顯示供電系統(tǒng)異常故障信息，測量蓄電池1電壓為13.8V，正常;蓄電池2電壓為5V，嚴(yán)重饋電[1]。測試12V DC/DC 175A輸出熔斷絲，此熔斷絲已熔斷，隨后更換新熔斷絲，為蓄電池2充滿電后繼續(xù)試驗，一段時間后相同故障再發(fā)。

3 分析可能原因

由于輸出熔斷絲熔斷導(dǎo)致蓄電池2無法得到充電，車輛行駛時12V系統(tǒng)依靠該蓄電池供電，隨后就出現(xiàn)了因蓄電池饋電而無法上高壓的問題。熔斷絲熔斷有以下兩個可能原因：短路問題和熔斷絲選型設(shè)計問題。根據(jù)分析結(jié)果導(dǎo)向，確認下一步排查計劃。

3.1 短路排查

1）12V DC/DC正極輸出線可能由于長期磨損，出現(xiàn)破損點，與車身裸露金屬接觸便會對地短路，此時車輛為駐車下電狀態(tài)，由蓄電池2放電，與車身接地短路，導(dǎo)致175A熔斷絲熔斷。于是用萬用表測試熔斷絲端與車身是否通路，結(jié)果為斷路狀態(tài)，檢查該線束狀態(tài)，線束完好，未發(fā)現(xiàn)破損點，故非線束短路原因。

2）懷疑12V DC/DC內(nèi)部短路，導(dǎo)致此熔斷絲熔斷，于是測試該回路對地電阻，為無窮大;整車上高壓，設(shè)備工作正常，故非設(shè)備內(nèi)部短路問題。

3.2 熔斷絲選型設(shè)計問題排查

熔斷絲熔斷原因可能是負載功率過大[2]，導(dǎo)致回路電流超過熔斷絲范圍而熔斷，由于該車12V負載較少，僅有6個150W的12V冷卻水泵和蓄電池充電，因此制定了以下3種測試方法。測試連接示意圖如圖2所示。

3.2.1 測試方法

1）方法1：測量蓄電池狀態(tài)，蓄電池1為12.2V（饋電），蓄電池2為12.3V（饋電）;整車上高壓，記錄測試數(shù)據(jù)。

測試結(jié)果描述：在2塊蓄電池均饋電時，上高壓，12V DC/DC變換器先啟動，輸出120A電流持續(xù)2s，2s后24V DC/DC變換器啟動瞬間，12V DC/DC變換器不再輸出電流，24V DC/DC變換器輸出120A電流并逐漸降低，10s后穩(wěn)定為80A，過程中故障回路峰值電流為120A。

2）方法2：測量蓄電池狀態(tài)，蓄電池1為12.8V（滿電），蓄電池2為7.5V（嚴(yán)重饋電）;整車上高壓，記錄測試數(shù)據(jù)。

測試結(jié)果見表1。在蓄電池1滿電、蓄電池2饋電時，上高壓，12V DC/DC先啟動，輸出357A電流持續(xù)2s，2s后24V DC/DC啟動瞬間，12V DC/DC輸出電流降至0A，10s后仍然為0A，24V DC/DC輸出65A電流并逐漸降低，10s后穩(wěn)定為50A，過程中故障回路峰值電流為350A，持續(xù)2s左右。

3）方法3：測量蓄電池狀態(tài)，蓄電池1為12.8V（滿電），蓄電池2為12.7V（滿電）;整車上高壓，一段時間后控制12V冷卻水泵滿負荷工作，記錄測試數(shù)據(jù)。

測試結(jié)果：在2塊蓄電池狀態(tài)均良好時，上高壓，12V DC/DC先啟動，輸出80A電流，2s后24V DC/DC啟動瞬間，12V DC/DC不再輸出電流，24V DC/DC輸出50A電流，10s后穩(wěn)定為30A;隨后控制12V水泵滿負荷工作，12V DC/DC輸出18A電流，24V DC/DC輸出17A電流，此時測得12V負載電流為30A，24V蓄電池充電電壓為14A，過程中故障回路峰值電流為80A。

3.2.2 問題分析

經(jīng)過以上3種測試方法，175A MIDI熔斷絲均正常，測試結(jié)果匯總見表2。

設(shè)計要求上高壓前2塊蓄電池均為滿電狀態(tài)，但是由于在蓄電池饋電情況下，DC/DC會輸出較大的電流為蓄電池充電，因此在蓄電池3種不同狀態(tài)下對12V DC/DC輸出電流測試。在方法2中蓄電池2嚴(yán)重饋電（7.5V）的極限工況下，12V DC/DC輸出的峰值電流為357A，測試175A熔斷絲已熔斷。175A MIDI熔斷絲熔斷特性如圖3所示，在電流達到額定值的200%（350A）時，會在1～15s內(nèi)熔斷，357A的電流持續(xù)2s左右，因此該熔斷絲熔斷。

4 原因分析

根據(jù)實車排查分析，鎖定問題為蓄電池2嚴(yán)重饋電，上高壓瞬間，12V DC/DC輸出電流過大（350A），進而導(dǎo)致輸出端熔斷絲熔斷。由方法1的測試結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)12V DC/DC會出現(xiàn)不輸出電流情況，其原因為蓄電池2有格外負載，2塊蓄電池端電壓會出現(xiàn)相差較大情況，24V DC/DC輸出28V充電電壓會使蓄電池2分得高于14V的充電電壓，導(dǎo)致12V DC/DC無法輸出充電電流，功能異常，進入休眠狀態(tài)。

12V DC/DC休眠不工作情況下，由于12V負載存在，因此會出現(xiàn)蓄電池1過充、蓄電池2過放情況[3]，一段時間后，蓄電池2便會嚴(yán)重饋電。

5 改進措施

基于以上理論結(jié)合實際分析，改進方案需要在設(shè)備和供電系統(tǒng)展開。

1）聯(lián)系12V DC/DC供應(yīng)商，上報異常休眠問題，整改休眠策略，增加屏蔽干擾功能，提高輸出電壓至合適電壓。

2）改制供電系統(tǒng)，將12V負載與24V負載分開供電，避免蓄電池出現(xiàn)過充、過放、饋電等問題。改制后供電系統(tǒng)示意圖如圖4所示。

改進措施實施后，經(jīng)過一段時間動態(tài)測試后，175A熔斷絲不再熔斷，蓄電池1、2、3饋電故障均不再出現(xiàn)。

6 總結(jié)

本次熔斷絲熔斷問題為12V DC/DC與供電系統(tǒng)之間匹配設(shè)計不明確導(dǎo)致的。根據(jù)整車啟動瞬間12V DC/DC輸出大電流以及后期無輸出電流分析，需要修改整車供電回路，徹底解決熔斷絲熔斷問題。通過該案例，可以積累一些解決熔斷絲熔斷問題的思路以及完善供電系統(tǒng)設(shè)計方案的經(jīng)驗。

參考文獻：

[1] 蔡偉杰，楊帥帥，徐川程. 淺談汽車常見饋電問題及排查流程方法[J]. 汽車電器，2021（7）：87-88，91.

[2] 張本霞. 保險絲選型和應(yīng)用[J]. 電子質(zhì)量，2020（5）：9-12.

[3] 王丹華. 串聯(lián)鉛酸蓄電池組脈沖充電均衡系統(tǒng)研究[D]. 沈陽：東北大學(xué)，2014.