廣州歐緯德教學(xué)設(shè)備技術(shù)有限公司 黃顯祥

“比燃油車更經(jīng)濟(jì)，比低速電動(dòng)車更安全”，北汽新能源汽車股份有限公司推出的新能源EC180電動(dòng)汽車，在動(dòng)力方面由峰值高達(dá)30 kW的電機(jī)和容量為20.3 kW·h的三元鋰動(dòng)力電池模塊構(gòu)成，輔以北汽新能源自主研發(fā)的e-Motion Drive超級(jí)電驅(qū)技術(shù)，通過對(duì)電池、電機(jī)、電控“三電”系統(tǒng)的高度集成和技術(shù)創(chuàng)新，使得該車在整車電動(dòng)化方面具備了高集成、高效率、高安全及低能耗、低輻射“三高兩低”的特點(diǎn)。

為了讓維修人員對(duì)北汽EC180電動(dòng)汽車有更多的了解，本文簡(jiǎn)單介紹了北汽EC180電動(dòng)汽車的主要部件和控制原理，并例舉了1例故障案例，讓維修人員初步了解北汽EC180電動(dòng)汽車的常規(guī)維護(hù)和故障診斷方法。

1 北汽EC180電動(dòng)汽車主要部件及工作原理

北汽EC180電動(dòng)汽車電動(dòng)控制部件主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器（MCU）、高壓控制盒、電力轉(zhuǎn)換單元（PCU）、PTC加熱元件、動(dòng)力電池模塊（BMS）、動(dòng)力電池組、電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)等組成（圖1、圖2）。

圖1 北汽EC180電動(dòng)汽車電機(jī)室的主要部件

圖2 北汽EC180電動(dòng)汽車各部件的分布

1.1 三相異步電機(jī)

北汽EC180電動(dòng)汽車采用的是風(fēng)冷式三相異步電機(jī)（圖3），電機(jī)最大功率為30 kW，最大轉(zhuǎn)矩為140 N·m。三相異步電機(jī)由電機(jī)控制器控制，電機(jī)具有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)矩輸出、能量回收功能。

圖3 三相異步電機(jī)

三相異步電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和殼體組成。當(dāng)電機(jī)的三相定子繞組（相位差120゜）通入三相對(duì)稱交流電（圖4）后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路）；載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同。由于三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以相同的方向、不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，存在轉(zhuǎn)差率，所以叫三相異步電機(jī)。當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)切割磁力線時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，故此種電機(jī)也稱三相感應(yīng)電機(jī)。

圖4 三相異步電機(jī)工作原理

為了降低電機(jī)的故障率，目前裝備在北汽EC180電動(dòng)汽車上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用的是無炭刷電機(jī)。電機(jī)上安裝有霍爾傳感器和64齒的信號(hào)盤（圖5），當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾傳感器采集電機(jī)信號(hào)盤產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，并將該信號(hào)傳遞給驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器。

電機(jī)繞組內(nèi)安裝有溫度傳感器，溫度傳感器的作用是檢測(cè)電機(jī)繞組溫度，當(dāng)電機(jī)繞組溫度超過150 ℃時(shí)，電機(jī)控制器控制電機(jī)減小功率，以避免電機(jī)過熱，從而達(dá)到延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命的目的。

1.2 電機(jī)控制器

電機(jī)控制器（圖6）由雙極晶體管模塊（IGBT）和主控集成電路組成。如圖7所示，電機(jī)控制器內(nèi)集成有電壓傳感器（S3）和電流傳感器（S1、S2）。電壓傳感器檢測(cè)供給電機(jī)控制器的實(shí)際工作電壓，電流傳感器檢測(cè)電機(jī)的實(shí)際工作電流，電機(jī)控制器由低壓蓄電池供電（12 V）。當(dāng)接通電源控制開關(guān)時(shí)，BMS向電機(jī)控制器供電，喚醒電機(jī)控制器。

1.3 高壓控制盒

圖5 霍爾傳感器與電機(jī)信號(hào)盤

圖6 電機(jī)控制器

圖7 主控集成電路

高壓控制盒的作用是將動(dòng)力電池組輸入的高壓直流電分配給全車各高壓電器使用。高壓控制盒（圖8）內(nèi)有熔絲、加熱繼電器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓用電器的保護(hù)及空調(diào)制熱控制。

圖8 高壓控制盒

如圖9所示，當(dāng)駕駛?cè)私油娫纯刂崎_關(guān)或充電喚醒信號(hào)發(fā)出時(shí)，車輛上電，BMS喚醒，BMS觸發(fā)預(yù)充繼電器閉合，電池組電流經(jīng)預(yù)充繼電器、預(yù)充電阻、高壓控制盒、電機(jī)控制器后回到電池組負(fù)極。BMS控制器接收到電機(jī)控制器的預(yù)充完成信號(hào)后，確認(rèn)高壓系統(tǒng)無故障，觸發(fā)主正繼電器閉合，主電源接通，電池組開始充放電，高壓系統(tǒng)上電完成。

圖9 高壓控制原理

預(yù)充電阻的作用是為防止高壓電接通瞬間大電流產(chǎn)生電弧燒蝕繼電器觸點(diǎn)，同時(shí)，減小通電時(shí)電流對(duì)用電設(shè)備的沖擊，保護(hù)車載用電設(shè)備的安全。

1.4 電力轉(zhuǎn)換單元（PCU）

電力轉(zhuǎn)換單元（圖10）集成了車載充電機(jī)和直流直流轉(zhuǎn)換器（DC-DC）。該車動(dòng)力電池組額定電壓為113.1 V，為保證車輛的正常使用，車輛在充電時(shí)，充電樁的充電槍連接至車輛慢充連接口時(shí)，車載充電機(jī)將充電樁輸進(jìn)的220 V交流電先降壓，再整流為130 V的直流電為動(dòng)力電池組充電。

圖10 電力轉(zhuǎn)換單元

1.5 直流直流轉(zhuǎn)換器（DC-DC）

電動(dòng)汽車取消了傳統(tǒng)汽車的發(fā)電機(jī)，由直流直流轉(zhuǎn)換器將動(dòng)力電池的高壓直流電轉(zhuǎn)換成低壓12 V直流電，保證全車12 V用電設(shè)備的用電并為12 V蓄電池充電，直流直流轉(zhuǎn)換器的工作由動(dòng)力電池模塊（BMS）控制。

1.6 動(dòng)力電池組

圖11 動(dòng)力電池組及相關(guān)配置

EC180電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組結(jié)構(gòu)方式為“7并21串”（電芯單體為3.65 V），額定電壓為113.1 V，動(dòng)力電池組安裝在車內(nèi)的底板上（圖11），動(dòng)力電池組相關(guān)參數(shù)見表1所列。

表1 北汽EC180電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組相關(guān)參數(shù)

1.7 動(dòng)力電池模塊（BMS）

動(dòng)力電池模塊（BMS）主要功能是通過對(duì)動(dòng)力電池組的工作電壓、工作電流及工作溫度進(jìn)行檢測(cè)（圖12），對(duì)動(dòng)力電池組過壓、欠壓、過流、過高溫和過低溫進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)，具有對(duì)供電繼電器控制、SOC（電量）估算、充放電管理、電量均衡控制及故障報(bào)警和處理等功能。此外，動(dòng)力電池模塊（BMS）還具有對(duì)高壓回路絕緣進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)動(dòng)力電池加熱的控制功能。

圖12 動(dòng)力電池模塊（BMS）的作用

1.8 動(dòng)力電池模塊（BMS）輔助元器件

動(dòng)力電池模塊（BMS）輔助元器件包括有預(yù)充繼電器、電池加熱繼電器、電池加熱熔絲、分流器、電流傳感器、接插件等（圖13）。

1.9 PTC加熱元件

PTC加熱元件由陶瓷發(fā)熱元件和鋁管組成（圖14），PTC加熱元件通電后產(chǎn)生熱量，由鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)經(jīng)過PTC芯體后加熱空氣，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)制暖。

1.10 電動(dòng)渦旋式空調(diào)壓縮機(jī)

圖13 動(dòng)力電池模塊（BMS）輔助元器件

圖14 PTC加熱元件

圖15 電動(dòng)渦旋式空調(diào)壓縮機(jī)工作原理

北汽EC180電動(dòng)汽車空調(diào)制冷采用的是電動(dòng)渦旋式空調(diào)壓縮機(jī)。電動(dòng)渦旋式空調(diào)壓縮機(jī)是由一個(gè)固定的漸開線渦旋盤（靜盤）、一個(gè)呈偏心回旋平動(dòng)的漸開線運(yùn)動(dòng)渦旋盤（動(dòng)盤）和三相電機(jī)組成。如圖15所示，在吸氣、壓縮、排氣工作過程中，靜盤固定在機(jī)架上，動(dòng)盤由防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)制約的偏心軸驅(qū)動(dòng)，圍繞靜盤基圓中心作小半徑轉(zhuǎn)動(dòng)。管路中的氣態(tài)制冷劑（制冷劑為R134a）被吸入靜盤外圍，隨著偏心軸的旋轉(zhuǎn)，在動(dòng)靜盤噬合所組成的若干個(gè)月牙形壓縮腔內(nèi)被壓縮，然后由靜盤中心部件的軸向孔排出，再通過蒸發(fā)箱實(shí)現(xiàn)車內(nèi)空氣的冷熱交換。

該車除空調(diào)壓縮機(jī)與傳統(tǒng)汽車空調(diào)壓縮機(jī)不一樣外，空調(diào)系統(tǒng)其他部件及制冷原理均與傳統(tǒng)汽車空調(diào)系統(tǒng)基本一致。在空調(diào)控制上，電動(dòng)渦旋式空調(diào)壓縮機(jī)可根據(jù)駕駛?cè)嗽O(shè)定的溫度自動(dòng)調(diào)整目標(biāo)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)制冷量，以便節(jié)約電能。

2 2017款北汽EC180電動(dòng)汽車儀表盤充電指示燈長(zhǎng)亮故障

故障現(xiàn)象一輛2017款北汽EC180電動(dòng)汽車，行駛里程僅為341 km，因最高行駛車速為10 km/h，且儀表盤上充電指示燈長(zhǎng)亮而進(jìn)店維修。

故障診斷接車后，維修人員路試進(jìn)行故障驗(yàn)證，故障現(xiàn)象確實(shí)存在。連接專用故障檢測(cè)儀（BDS）進(jìn)行快速檢測(cè)，讀取到動(dòng)力電池模塊（BMS）存儲(chǔ)有故障代碼“P0A9409 DC-DC故障”。查看數(shù)據(jù)流，低壓12 V蓄電池顯示電壓為11.79 V，偏低，動(dòng)力電池電壓顯示為123.26 V，正常。

查閱維修手冊(cè)得知，當(dāng)蓄電池電壓低于12 V并持續(xù)到60 s時(shí)，動(dòng)力電池模塊會(huì)觸發(fā)并生成故障代碼P0A9409。使用蓄電池檢測(cè)儀檢測(cè)蓄電池，未見異常。目視檢查電機(jī)室內(nèi)各導(dǎo)線連接、高壓線束，均正常。根據(jù)故障現(xiàn)象分析，故障原因可能有：高壓電路故障；DC-DC故障；低壓電路故障。

分析該車高壓電與低壓電控制原理（圖16），當(dāng)BMS接收到電源控制開關(guān)接通信號(hào)時(shí)，BMS隨即向DC-DC發(fā)出指令信號(hào)，DC-DC開始工作，將高壓直流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電14 V，供全車12 V用電設(shè)備使用和為12 V蓄電池充電。如果控制電路或DC-DC出現(xiàn)故障，DC-DC則不工作，同時(shí)儀表盤上的充電指示燈被點(diǎn)亮，車輛繼續(xù)使用會(huì)導(dǎo)致蓄電池虧電。

圖16 高壓電與低壓電控制原理（DC-DC被集成在PCU內(nèi)）

使用充電機(jī)給12 V蓄電池充電，用BDS讀取蓄電池?cái)?shù)據(jù)流（圖17），接通電源控制開關(guān)，蓄電池電壓為12.1 V（正常應(yīng)為13.5 V～14 V），說明蓄電池未在充電狀態(tài)。

用萬用表測(cè)量PCU的12 V電源輸出端子的電壓，為12.12 V（圖18），異常，說明DC-DC未工作或損壞。

關(guān)閉電源控制開關(guān)，拔下PCU低壓線束導(dǎo)線連接器，根據(jù)維修手冊(cè)提示，分別測(cè)量端子4和端子12與車身之間的電阻（圖19），均為0 Ω，正常；接通電源控制開關(guān)，測(cè)量端子5的電壓，為11.76 V（圖20），正常，說明BMS指令信號(hào)已經(jīng)發(fā)出。

拆下蓄電池負(fù)極并等待5 min（電容放電），帶上絕緣手套，拆下高壓控制盒，檢查DC-DC熔絲和高壓電路，正常。檢查至此，初步判斷為DC-DC損壞，需更換PCU。

圖17 讀取蓄電池電壓數(shù)據(jù)流（截屏）

圖18 測(cè)量PCU的12 V電源輸出電壓

圖19 PCU低壓線束導(dǎo)線連接器端子標(biāo)示

為了確診，維修人員采取了互換方式，將另外一輛正常同款車的PCU裝到故障車上，故障依舊，而將故障車的PCU裝到另一臺(tái)同款車上，測(cè)量PCU的12 V電源輸出端子的電壓，為14.12 V，表明DC-DC工作正常，由此說明故障車的DC-DC并沒有問題。

圖20 測(cè)量PCU低壓線束導(dǎo)線連接器端子5的電壓

重新調(diào)整診斷思路，再次對(duì)PCU各連接導(dǎo)線和導(dǎo)線連接器進(jìn)行檢查，當(dāng)拆下導(dǎo)線連接器橡膠保護(hù)套時(shí)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線連接器端子5有退針現(xiàn)象（圖21）。由此推斷，該車故障是由于PCU低壓線束導(dǎo)線連接器端子5退針，導(dǎo)致DC-DC無法接收到BMS的指令信號(hào)，DC-DC不工作所致；再就是，當(dāng)蓄電池電壓低于12 V時(shí)，全車用電設(shè)備無法正常工作，車輛進(jìn)入跛行模式，且最高車速被限定在10 km/h。

圖21 PCU低壓線束導(dǎo)線連接器端子5退針

故障排除恢復(fù)并固定PCU低壓線束導(dǎo)線連接器端子5，用BDS清除故障代碼；接通電源控制開關(guān)，再次測(cè)量12 V蓄電池電壓，為13.7 V，說明DC-DC工作，路試時(shí)一切正常，故障排除。