劉 芳 韓建立

（徐工集團工程機械股份有限公司江蘇徐州工程機械研究院，江蘇 徐州221004）

1 概述

生態(tài)環(huán)境部于2018 年8 月印發(fā)《非道路移動機械污染防治技術(shù)政策》，在重點區(qū)域城市規(guī)定的禁止使用高排放非道路移動機械區(qū)域內(nèi)，鼓勵優(yōu)先使用新能源或者清潔能源非道路移動機械。下一步，生態(tài)環(huán)境部將加快重型卡車、工程機械的電動化應(yīng)用和推廣。近些年我公司加大了對純電動和混合動力工程機械的研發(fā)力度。

2 高壓預(yù)充系統(tǒng)

2.1 高壓上電及預(yù)充系統(tǒng)

電機控制器內(nèi)部大電容在動力電池高壓上電瞬間，電容相當(dāng)于短路，大電流對控制器內(nèi)部的電路極易造成損壞。為避免損壞，上電時需要先對控制器內(nèi)部的大電容進(jìn)行充電，待電容電壓接近動力電池的電壓時，閉合整車高壓繼電器，完成高壓上電過程[1]。整個預(yù)充上電流程如圖1 所示。

圖1 預(yù)充上電流程圖

預(yù)充電路由預(yù)充繼電器、預(yù)充電阻和整車主繼電器組成。預(yù)充電阻串聯(lián)在預(yù)充電路中，用于限制電流防止對繼電器、整流器件和待充電容造成較大沖擊。

2.2 系統(tǒng)組成

某樣機調(diào)試過程中，頻繁發(fā)生預(yù)充電阻損壞的現(xiàn)象，即在高壓上電過程中預(yù)充電阻燒壞。整車預(yù)充電路如圖2 所示。

試制樣機的制動、懸掛系統(tǒng)由液壓電磁閥控制相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，其液壓動力源為液壓泵站，電力動力源為額定電壓24VDC 直流驅(qū)動電機。泵站電機的電源由兩部分并聯(lián)供電：動力電池高壓輸出至DCDC 轉(zhuǎn)化和蓄電池。

圖2 整車預(yù)充電路

整車VCU 實時監(jiān)控制動壓力，為了防止行車過程中制動失效，保證車輛系統(tǒng)始終處于充裕的制動壓力。當(dāng)系統(tǒng)檢測到整車制動壓力低于設(shè)置下限時，需強制泵站啟動補充制動壓力。實際上液壓系統(tǒng)均具有一定的泄漏量，車輛長期停放一段時間后，制動壓力會有所降低。

2.3 系統(tǒng)故障分析

根據(jù)現(xiàn)場故障記錄，預(yù)充電阻燒壞瞬時，整車處于蓄電池嚴(yán)重虧電或高壓上電時液壓泵站立即啟動狀態(tài)。

鑰匙開關(guān)閉合后，BMS 執(zhí)行高壓上電動作，上電過程中DCDC 處于工作狀態(tài)，開始為24V 鉛酸蓄電池充電并提供整車低壓系統(tǒng)的供電。如果此時整車VCU 檢測到制動壓力低，液壓泵站立刻啟動，用于補充制動壓力，DCDC 處于大負(fù)載輸出狀態(tài)。

整車由于未對DCDC 的工作時間進(jìn)行限制，且DCDC 適用寬輸入電壓，電壓200-750VDC 均可滿負(fù)載輸出[2]。BMS 電源管理系統(tǒng)判斷高壓達(dá)到額定電壓的80%即為預(yù)充電完成，遠(yuǎn)大于DCDC 的輸入電壓。即預(yù)充過程中DCDC 已經(jīng)開始工作。

現(xiàn)場更換預(yù)充電阻，裝車預(yù)充電阻型號為RX24-100W 50RJ，如圖3 所示。

圖3 裝車預(yù)充電阻

假設(shè)不考慮電阻降額使用情況, 允許通過電阻的額定電流為：

不考慮DCDC 能量損耗情況下，在制動系統(tǒng)補充壓力及蓄電池充電時輸出功率達(dá)到DCDC 的額定輸出功率80%約2.5kW。如果DCDC 在預(yù)充電壓達(dá)到200V 時候開始工作，經(jīng)過預(yù)充電阻的電流至少達(dá)到：

圖4 DCDC 輸出控制策略

此時預(yù)充電阻上的功率達(dá)到：

P=I2*R=12.5*12.5*50=7812.5kW

預(yù)充電阻短時功率遠(yuǎn)超預(yù)充電阻的額定功率。

經(jīng)過對故障原因的分析，優(yōu)化DCDC 上電控制方案。DCDC通過整車VCU 控制，實現(xiàn)工作狀態(tài)可控，如圖4 所示。當(dāng)動力電池主繼電器閉合后，BMS 發(fā)送上電完成狀態(tài)信息，VCU 收到BMS 上電完成信號后驅(qū)動DCDC 工作，同時監(jiān)控系統(tǒng)電壓是否上升至27.6V，確保DCDC 正常工作后，整車VCU 允許啟動泵站。優(yōu)化上電邏輯后，沒有再出現(xiàn)燒毀預(yù)充電阻的現(xiàn)象。

3 結(jié)論

預(yù)充電阻的損壞往往由于電流遠(yuǎn)超過電阻的最大能力，造成短時間過熱而損壞。高壓系統(tǒng)上電過程中要充分考慮整機出現(xiàn)的各種工況，優(yōu)化上電策略。