陳 俊， 葉新偉， 戴伶俐， 鮑建名

（1.濰柴動(dòng)力股份有限公司， 上海 201100；2.上海光裕汽車空調(diào)壓縮機(jī)有限公司， 上海 201807）

在傳統(tǒng)動(dòng)力車型上， 空調(diào)壓縮機(jī)大多固定在發(fā)動(dòng)機(jī)輪系中， 由發(fā)動(dòng)機(jī)提供制冷劑循環(huán)的動(dòng)力； 在新能源車型上，電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)通過高壓電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)內(nèi)部的電機(jī)， 電機(jī)旋轉(zhuǎn)提供制冷劑的循環(huán)動(dòng)力。 相比傳統(tǒng)的機(jī)械壓縮機(jī)， 電動(dòng)壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)上多了控制器、 電機(jī)等部分， 在控制方法上也有PWM、 ON/OFF、 CAN等方式， 由于其可布置位置、結(jié)構(gòu)件、 控制方法都變得多樣化， 電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)在發(fā)生故障時(shí)也較難排查。

W公司在氫燃料電池車型 （下文稱FCV）、 純電動(dòng)車型（下文稱BEV） 空調(diào)系統(tǒng)上設(shè)計(jì)了同一套CAN控制策略， 當(dāng)用戶通過位于乘員艙內(nèi)的空調(diào)控制器發(fā)出制冷請(qǐng)求時(shí)， 空調(diào)控制器會(huì)將制冷請(qǐng)求轉(zhuǎn)為CAN報(bào)文， 電動(dòng)壓縮機(jī)在接收到CAN報(bào)文后執(zhí)行相應(yīng)的指令， 同時(shí)， 電動(dòng)壓縮機(jī)會(huì)通過CAN線將壓縮機(jī)當(dāng)前工作的狀態(tài)發(fā)送到CAN網(wǎng)絡(luò)中。

1 電動(dòng)壓縮機(jī)CAN控制策略及電器原理圖

1.1 CAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

FCV、 BEV的CAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1 所示， 分別為車身CAN、 動(dòng)力CAN、 充電CAN。 其中， VCU、 儀表、 ABS、 行駛記錄儀、 BCM、 DCM、 遠(yuǎn)程終端、 換擋手柄、 空調(diào)面板、空調(diào)壓縮機(jī)、 低速行人報(bào)警、 BMS 在車身CAN 網(wǎng)絡(luò)中；VCU、 OBD、 五合一在動(dòng)力CAN網(wǎng)絡(luò)中； 快充和BMS在充電CAN網(wǎng)絡(luò)中。 VCU和BMS具有網(wǎng)管能力， 分別傳遞給各自對(duì)應(yīng)的兩路CAN網(wǎng)絡(luò)信息。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽?/p>

車身CAN網(wǎng)絡(luò)上2個(gè)120Ω終端電阻在VCU和BMS中， 動(dòng)力CAN網(wǎng)絡(luò)上2個(gè)120Ω終端電阻在VCU和五合一中， 快充CAN網(wǎng)絡(luò)上2個(gè)120Ω終端電阻在快充和BMS中。 由于3個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)各有2個(gè)120Ω的電阻并聯(lián)， 當(dāng)整車低壓電下電后，測(cè)試低壓接插件CAN H和CAN L針腳間的電阻約為60Ω。

1.2 CAN控制策略

空調(diào)面板與空調(diào)壓縮機(jī)之間基于J1939的協(xié)議進(jìn)行通信， CAN總線速率： 250kb/s； 發(fā)送周期100ms。 空調(diào)面板發(fā)出的信號(hào)與空調(diào)壓縮機(jī)反饋的信號(hào)都為單幀信號(hào)， 每幀信號(hào)帶有8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)， 這樣可以使所有空調(diào)控制信息和反饋信息均在單幀內(nèi)完成。

空調(diào)面板的通信ID為： 0x1801EFF8， 空調(diào)壓縮機(jī)的通信ID為： 0x1801F8EF， 表1和表2為空調(diào)面板與空調(diào)壓縮機(jī)的通信矩陣表。 空調(diào)面板將空調(diào)壓縮機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速、 最大允許功率、 壓縮機(jī)的開關(guān)機(jī)命令通過CAN線發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)上，空調(diào)壓縮機(jī)在收到報(bào)文后通過CAN線將壓縮機(jī)的溫度、 轉(zhuǎn)速、 功率和故障信息發(fā)送至總線， 實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、 故障報(bào)警、 過溫保護(hù)、 過壓/欠壓保護(hù)、 過流保護(hù)、 短路保護(hù)及反接保護(hù)等功能。

表1 空調(diào)面板的CAN通信矩陣表

表2 空調(diào)壓縮機(jī)的CAN通信矩陣表

1.3 空調(diào)制冷系統(tǒng)組成

FCV、 BEV的空調(diào)制冷系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油車基本相同， 都是由壓縮機(jī)、 冷凝器總成、 高低壓管路、 蒸發(fā)器總成等組成機(jī)械部件， 三態(tài)壓力開關(guān)、 蒸發(fā)器溫度傳感器、 空調(diào)控制器、 鼓風(fēng)機(jī)/冷凝風(fēng)機(jī)等組成電器件。 但新能源車型中電動(dòng)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)有所不同， 它通過高壓電驅(qū)動(dòng)， 內(nèi)部的電控組件、 電機(jī)、 壓縮機(jī)完全隔離， 外部高低壓接插件直接固定到殼體上， 總成防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP67。

如圖2所示， BEV的電動(dòng)壓縮機(jī)布置于發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)， 在高度上與上輪眉相齊， 在FCV中發(fā)動(dòng)機(jī)艙被氫燃料電池占據(jù)， 電動(dòng)壓縮機(jī)布置于車架右側(cè)、 燃料電池散熱器內(nèi)側(cè)，空調(diào)系統(tǒng)其余部件不再綴述。

圖2 新能源車型中電動(dòng)壓縮機(jī)布置位置示意

1.4 空調(diào)電器原理圖及控制邏輯

空調(diào)系統(tǒng)的電器原理圖如圖3所示， 在冷媒壓力正常、EAT （蒸發(fā)器溫度傳感器） 正常、 空調(diào)處于制冷需求、 鼓風(fēng)機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)， 電動(dòng)壓縮機(jī)才可以工作。

圖3 新能源車型中空調(diào)電器原理圖示意

在電器原理上， A2與A14腳分別與高低壓開關(guān)相連，這兩個(gè)針腳接通后表示冷媒的壓力正常； A16和A20腳分別與EAT的兩個(gè)針腳相連， 當(dāng)其反饋電壓正常表示EAT正常；A3腳的電壓反饋在合適區(qū)間代表空調(diào)處于制冷需求； A15反饋鼓風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)， 當(dāng)為高電平代表鼓風(fēng)機(jī)正常。 在以上條件都滿足的情況下， 空調(diào)面板的AC按鍵按下， 空調(diào)控制器會(huì)向電動(dòng)壓縮機(jī)發(fā)出0x01的工作指令， 當(dāng)空調(diào)控制器再發(fā)出轉(zhuǎn)速信號(hào)時(shí)， 電動(dòng)壓縮機(jī)會(huì)結(jié)合使能信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)入工作狀態(tài)。

電動(dòng)壓縮機(jī)上有高、 低壓共2個(gè)接插件， 其中低壓側(cè)有6個(gè)針腳， 除了2個(gè)針腳空置外， 其余分別為24V電源正、負(fù)極、 CAN L和CAN H； 高壓側(cè)有2個(gè)引腳， 分別為電源正、 電源負(fù)， 另外還有高壓互鎖針腳。 整車預(yù)充結(jié)束后，壓縮機(jī)高壓、 低壓即接通電源， 但其工作與否由空調(diào)控制器發(fā)出CAN線指令決定。

2 故障處理案例及分析

BEV在20年5月下線評(píng)審時(shí)， 出現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)制冷功能關(guān)閉后無法再次開啟， 且在關(guān)閉空調(diào)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)艙冒出大量白煙； FCV在20年9月路試至2180km時(shí)， 出現(xiàn)空調(diào)制冷功能失效， 失效時(shí)未見明顯異?，F(xiàn)象。

2.1 故障診斷步驟

目前針對(duì)新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)的故障檢測(cè)設(shè)備， 主要有絕緣電阻儀、 萬用表和CAN診斷儀。 在檢修時(shí)， 首先需要與車輛使用者溝通， 做好故障現(xiàn)象、 發(fā)生的時(shí)間和頻率，有無特殊操作方法的記錄； 其次， 對(duì)空調(diào)系統(tǒng)各個(gè)組件進(jìn)行目視檢查， 查看是否有明顯機(jī)械或者電氣損壞的痕跡。最后， 根據(jù)新能源車型特點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)報(bào)文進(jìn)行排查， 并根據(jù)報(bào)文提示結(jié)合控制邏輯及電器原理對(duì)報(bào)文定位的零件進(jìn)行排查。

2.2 故障排查及分析

對(duì)發(fā)生故障的FCV、 BEV進(jìn)行目視檢查并拍照記錄，發(fā)現(xiàn)兩輛車空調(diào)系統(tǒng)的電器件未見明顯損壞， 壓縮機(jī)、 風(fēng)機(jī)的線束未見接插不良。 但BEV的壓縮機(jī)后部及鈑金表面有油污痕跡， 而FCV的壓縮機(jī)殼體表面有些泥污且外側(cè)的燃料電池散熱器表面濕度很大。

2.2.1 對(duì)BEV進(jìn)行故障排查及分析

將制冷劑壓力表接入系統(tǒng)中， 顯示系統(tǒng)壓力為4bar稍低于正常值。 接著打開空調(diào)控制面板的風(fēng)量旋鈕， 并按下AC制冷按鍵， 分析報(bào)文發(fā)現(xiàn)， 空調(diào)控制器發(fā)出的啟動(dòng)、 轉(zhuǎn)速指令均正常， 但電動(dòng)壓縮機(jī)端反饋報(bào)文為： 壓縮機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速： 0x00； 壓縮機(jī)狀態(tài)： 0x03； 第4字節(jié)無對(duì)應(yīng)故障代碼； 第7字節(jié)壓縮電壓反饋0x8C， 轉(zhuǎn)化后為560V。 由于空調(diào)控制器已經(jīng)發(fā)出報(bào)文， 代表系統(tǒng)制冷劑壓力、 蒸發(fā)器溫度傳感器、 風(fēng)機(jī)信號(hào)正常， 電動(dòng)壓縮機(jī)反饋的報(bào)文指令代表其低壓部分無問題、 CAN收發(fā)功能和高壓電也正常。 經(jīng)過分析報(bào)文得出電動(dòng)壓縮機(jī)接到工作指令但未執(zhí)行， 鑒于現(xiàn)場(chǎng)無壓縮機(jī)總成備件但正好有電動(dòng)壓縮機(jī)內(nèi)部的電控組件， 對(duì)電動(dòng)壓縮機(jī)的電控組件進(jìn)行了更換。

對(duì)更換電控組件的空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行再次測(cè)試： 開啟鼓風(fēng)機(jī)并按下AC制冷按鍵， 發(fā)現(xiàn)冷凝風(fēng)機(jī)立即啟動(dòng)且系統(tǒng)制冷功能正常； 再次按下AC鍵后， 壓縮機(jī)停止工作， 冷凝風(fēng)機(jī)延遲30s停機(jī)； 保持鼓風(fēng)機(jī)開啟、 AC按鍵按下狀態(tài)， 只關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)時(shí)， 冷凝風(fēng)機(jī)也延遲30s停機(jī)， 但發(fā)現(xiàn)電動(dòng)壓縮機(jī)仍在工作！ 對(duì)此段報(bào)文進(jìn)行分析， 發(fā)現(xiàn)在保持鼓風(fēng)機(jī)開啟、AC按鍵按下狀態(tài)， 如果只關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)， 空調(diào)控制器仍然發(fā)出 “壓縮機(jī)開機(jī)： 0x01” 及轉(zhuǎn)速指令。

空調(diào)控制器在關(guān)機(jī)狀態(tài)下仍然發(fā)出工作指令是BEV產(chǎn)生故障的原因， 此時(shí)冷凝風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)都已關(guān)閉， 壓縮機(jī)繼續(xù)工作會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)壓力高， 壓力達(dá)到壓縮機(jī)泄壓閥限值后， 冷媒夾雜著壓縮機(jī)潤(rùn)滑油噴出產(chǎn)生白煙狀物質(zhì)， 同時(shí)使鈑金表面有油污的痕跡。 電動(dòng)壓縮機(jī)控制器的熱量是通過低溫冷媒帶走的， 這也解釋了壓縮機(jī)內(nèi)部電控組件損壞現(xiàn)象。

整車下電后， 對(duì)空調(diào)面板的程序進(jìn)行刷寫并對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行第3次測(cè)試， 如表3報(bào)文所示： 在第1行的相對(duì)時(shí)間點(diǎn)， 控制器發(fā)出3000r/min的轉(zhuǎn)速， 允許消耗的最大功率為5kW， 壓縮機(jī)可以開啟； 在第2行的相對(duì)時(shí)間點(diǎn)， 壓縮機(jī)發(fā)出2744r/min、 90℃、 2A、 560V的報(bào)文； 第3行至第9行控制器的控制報(bào)文未變， 壓縮機(jī)在第4 行的時(shí)間節(jié)點(diǎn)發(fā)出2793r/min、 90℃、 2A、 560V的報(bào)文， 在第6行的時(shí)間節(jié)點(diǎn)發(fā)出2813r/m、 90℃、 2A、 560V的報(bào)文， 在第8行的時(shí)間節(jié)點(diǎn) 發(fā) 出2888r/min、 90℃、 1.4A、 560V 的 報(bào) 文， 第10 行 發(fā)出2941r/min、 90℃、 1.4A、 560V的報(bào)文； 當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)關(guān)閉后，在第11行的相對(duì)時(shí)間點(diǎn)， 控制器發(fā)出壓縮機(jī)狀態(tài)為0、 轉(zhuǎn)速為0的指令， 在第12行電動(dòng)壓縮機(jī)反饋0r/min、 90℃、 0A、560V的報(bào)文。 通過報(bào)文發(fā)現(xiàn)制冷系統(tǒng)運(yùn)行正常， 電動(dòng)壓縮機(jī)可根據(jù)指令執(zhí)行相應(yīng)的運(yùn)作， 系統(tǒng)故障排除。

表3 空調(diào)控制器及壓縮機(jī)在工作時(shí)報(bào)文示意

2.2.2 對(duì)FCV進(jìn)行故障排查及分析

將制冷劑壓力表接入系統(tǒng)中， 顯示系統(tǒng)壓力為6bar，隨后打開空調(diào)控制面板的風(fēng)量旋鈕、 按下AC制冷按鍵， 通過讀取的報(bào)文發(fā)現(xiàn)， 空調(diào)控制器發(fā)出的啟動(dòng)、 轉(zhuǎn)速指令均正常， 但電動(dòng)壓縮機(jī)的CAN地址不在報(bào)文表中。

由于空調(diào)控制器已經(jīng)發(fā)出報(bào)文， 只是壓縮機(jī)端無反饋報(bào)文， 決定從電動(dòng)壓縮機(jī)側(cè)進(jìn)行排查。 為保證維修安全，需要將鑰匙打到OFF擋、 關(guān)閉24V蓄電池開關(guān)， 拔除MSD維修開關(guān)10min后再進(jìn)行檢查。 拔開與電動(dòng)壓縮機(jī)相連的低壓線束， 發(fā)現(xiàn)如圖4所示的低壓線束的母端接插件已有銅銹， 觀察圖5中壓縮機(jī)的接插件， 發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部也有銅銹。 由于與壓縮機(jī)低壓端對(duì)接的線束上有CAN線， 如果續(xù)接可能會(huì)導(dǎo)致CAN線電壓到達(dá)不了限值而導(dǎo)致信息傳遞異常， 故如圖6所示， 將已經(jīng)生銹的接插件針腳拆除， 利用酒精清洗、 物理去除的方法進(jìn)行銅銹的處理。

圖4 低壓線束接插件表面的銅銹

圖5 電動(dòng)壓縮機(jī)低壓接插件內(nèi)銅銹

圖6 清洗低壓線束銅銹

待低壓接插件的針腳干燥后， 執(zhí)行以下檢測(cè)： 保持560V高壓、 24V低壓不上電的狀態(tài)， 對(duì)CAN H和CAN L的電阻進(jìn)行測(cè)量， 其電阻值為60Ω； 保持560V高壓不上電，24V低壓上電， 如圖7所示， 測(cè)量CAN H和CAN L的電壓分別為2.6V、 2.2V， 測(cè)量電源正為22.4V， 電源搭鐵正常。 通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)低壓接插件線束正常， 將針腳與密封圈恢復(fù)至接插件中。

圖7 CAN線電壓測(cè)量示意

更換新的電動(dòng)壓縮機(jī)后， 將系統(tǒng)高壓、 低壓線束連接后測(cè)試， 發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)反饋電壓為0x04， 此報(bào)文提示高壓回路開路， 更換五合一熔斷絲后電動(dòng)壓縮機(jī)啟動(dòng)正常。

但低壓接插件銹蝕一般不會(huì)導(dǎo)致高壓回路熔斷絲燒斷， 再次檢查高壓線束發(fā)現(xiàn)其端面有不易察覺的小水珠，如圖8所示， 在接插件的背面發(fā)現(xiàn)線束有斜向受力留下的泥污。 如圖9所示， 翻看之前拍攝的照片發(fā)現(xiàn)電動(dòng)壓縮機(jī)的高壓線束直接朝上且有與車架接觸產(chǎn)生彎折。 這種彎折的布線方式導(dǎo)致高壓接插件的密封堵帽長(zhǎng)期受力不均勻， 雖然壓縮機(jī)總成防護(hù)及線束防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP67， 但雨水仍會(huì)慢慢的從密封堵帽滲透進(jìn)接插件內(nèi)進(jìn)而導(dǎo)致熔斷絲燒斷。

圖8 高壓接插件背面不均勻的泥污

圖9 高壓線斜向受力

對(duì)FCV車型電動(dòng)壓縮機(jī)的布置位置進(jìn)行分析， 發(fā)現(xiàn)其布置于散熱器正后， 而散熱器吸風(fēng)時(shí)正好將雨水吹拂至其外殼及對(duì)接的線束上， 加之選型的此款電動(dòng)壓縮機(jī)高壓、低壓接插件朝上， 高壓線及低壓線在布置彎折段時(shí)未未留夠足夠的長(zhǎng)直段， 這些原因綜合導(dǎo)致電動(dòng)壓縮機(jī)損壞。

3 總結(jié)

1） 新能源車型在維修時(shí)， 需要做好故障現(xiàn)象、 發(fā)生時(shí)間和頻率的記錄。 在目視檢查后， 利用CAN診斷儀器讀取報(bào)文并確定故障信息， 結(jié)合控制原理及電器原理圖的知識(shí)有助于迅速定位具體的硬件。

2） 若需要對(duì)電動(dòng)壓縮機(jī)的高、 低壓線束進(jìn)行拔除， 需要將MSD拔下并等待10min以上， 以保證變頻器總成內(nèi)高壓電處于完全放完?duì)顟B(tài)。 同時(shí)， CAN線的收發(fā)不需要高壓上電， 可在低壓狀態(tài)讀取CAN線報(bào)文、 測(cè)量CAN線電壓和電阻等操作， 再進(jìn)行高壓側(cè)的檢查。

3） 不要將電動(dòng)壓縮機(jī)布置于易被雨水噴濺的位置， 若無法避免則應(yīng)該選型接插件側(cè)出的電動(dòng)壓縮機(jī)型號(hào)， 連接壓縮機(jī)的線束需要先沿直線段布置， 然后再進(jìn)行捆扎。

4） 在故障處理后， 需要分析故障產(chǎn)生的根本原因， 并在設(shè)計(jì)或工藝上進(jìn)行規(guī)避。