【五洲龙混合动力客车动力电池辅助充电系统维修】维修案例
这个系统涉及面广,控制元件多,故障率比其他系统高,维护难度大。下面详细描述其结构原理。
1结构原理1) 11 kW发电机11 kW发电机是大连天元电气公司生产的变频调速三相异步电动机。主要技术参数如下:型号YSF146-4(FB),额定功率11 kW,冷却方式为水冷,连接方式为星形连接。这个电机由发电逆变器控制,将发电机输出的三相交流电转换成单相直流电输出到动力电池组,为动力电池充电。2)发电逆变器由日本富士电机公司生产,功能有:整流——将发电机输出的三相交流电整流为单相直流电;(2)监测:接收光栅旋转编码器(以下简称编码器)发出的发电机旋转信号,随时监测发电机的转速或转向;(3)降压:将输入的350 V高压降压,转换成其内部电子控制电路的电源电压;(4)电源输出-输出+15 V电压,为编码器提供工作电源;代码报告——通过显示面板显示故障代码。主要终端功能:正反转信号输入;正向信号输入;CM-输入信号环路;12是扭矩信号输入;11是扭矩信号电路;po-15v+输出;CM-15 V输出;YA,YB-编码器信号输入。以上数据都是实测的。3) CPU226 CPU226是西门子公司生产的可编程控制器,安装在主逆变器中,是整个车载主逆变器的控制和指挥中心。在辅助充电系统中,接收BMS(电池管理系统)发送的“开始辅助发电”或“停止辅助发电”的CAN指令信号,经处理后输出相应的电压信号给PLC板,从而控制发电逆变器是否开始辅助发电。发电时,CPU226向EM232模块输出转矩信号,EM232模块从V1和Mi端子向发电逆变器输出转矩电压模拟信号,控制发电。
4) PLC板PLC板安装在主变频器中,是CPU226和发电变频器之间的信号转换和连接桥梁。它将CPU输出的发电信号通过光耦转换后传输给发电变频器。启动发电变频器,启动辅助发电。
5)光栅旋转编码器安装在11 kW发电机的主轴后端,用于测量发电机的转速和转向。型号M50T200ZG5DW,输入电压+15v,线色定义:红色+15v,白色接地,蓝色-YA,绿色-YB,黑色屏蔽线。
6)辅助充电控制逻辑[2]当BMS检测到soc值低于60%时,将启动巡航发电。此时,车辆在40 km/h以上行驶时,主电机会以小电流(在一定条件下)给电池组充电,大约40 A(这种充电方式不在本文讨论范围内)。当soc值降低到55%时,将开始辅助发电。此时11 kW辅助发电机会发电,车辆怠速时给电池组充个小电流,大概15年。当soc值低于50%时,整车强制发电,当Soc值大于69%时,停止发电。7)辅助充电系统辅助充电控制电路图的基本控制方式。主逆变器中的CPU226随时监测电池管理系统的BMS模块发出的发电信号。当BMS检测到Soc值低于55%时,向CPU226输出发电请求信号9CPU226通过PLC板控制发电变频器工作,使发电机发电。MCN11-6是PLC板上MCN11插座的第6个引脚;MCN11-1是第一腿;BCN9-1是PLC板上BCN9插座的第一针;BCN9-2是第二条腿。u、V、W分别是发电变频器的三相输出线,接在电机的三相端子上;PC 1和PC2是PLC板上的两个光灾;Q0.6和Q 1.6分别是CPU226的两个输出端。CPU226存储五洲龙公司编写的相关控制程序,与EM232通信。图5中的虚线是通信线路。PLC板负责辅助发电系统中输出信号的潜在转换。当CPU226接收到BMS发送的“辅助发电开启”信号时,Q0.6输出低电位,Q1.6输出高电位。当Q1.6输出高电位时,光耦PC2的CE极饱和导通,发电逆变器的REV端由原来的高电位20 V变为低电位0v;当Q0.6输出低电位时,光耦PC1不工作,发电逆变器的FWD端仍然处于20 V的高电位,此时是发电逻辑,在此逻辑下发电逆变器控制发电机发电。相反,当CPU226接收到BMS发送的“停止辅助发电”信号时,Q0.6和Q1.6都输出低电位,发电逆变器的FWD和REV端为高电位,这就是停止辅助发电的逻辑。
对于变频器来说,上面的控制信号只知道会发电,变频器不知道会发多少电。所以主变频器也给发电变频器发信号,告诉发电变频器要发多少电。这个信号通常被称为扭矩信号。转矩信号从EM232中的端子V1和M1输出到变频器的端子12和11。一般是3V,强制发电是4V;这个扭矩信号电压不应该太大。过大的话,发动机驱动发电机的扭矩就会过大,导致传动带打滑磨损过快(俗称电机吃带)。扭矩信号电路的连接参见图5。利用上述发电控制信号和转矩信号,逆变器理论上可以控制发电机发电。但是在三相异步变频调速发电机装置中,发电机变频器也需要知道发电机是否在旋转。如果发电机变频器在发电机不旋转的时候贸然打开IGBT,发电机定子线圈总是被动力电池充电,充上来的电没有转化为其他形式的能量,而是全部转化为热能,那么定子线圈肯定会烧毁。因此,发电机变频器在没有接收到编码器发出的旋转信号时,不会控制发电机发电。而且,变频器不仅要接收信号,还要接收正确的信号。参见图6中的编码信号。a和B是编码器输出给变频器的两组编码信号,编码器的蓝线和绿线分别接在功率发生器的YA和YB端子上
2 11 kW发电机不发电的维修方法和步骤以一辆粤BL3769轿车检修为例,说明11kw发电机不发电的维修方法和步骤。2.1故障现象车载触摸屏显示电压为324 V,偏低;soc值为40%,偏低。低于55%就应该发电。显示电池组充放电电流为0,异常;发动机怠速750转/分,正常。不存在发电故障。2.2故障检查分析从上面可以看出,电压低应该是不发电造成的;从充电电流为0可以看出它不发电。检查发电逆变器的显示面板,结果显示RUN、0.00等。没有故障码,证明发电逆变器工作正常。按理说,发电机也正常。根据以往经验,如果发电机匝间短路异常,变频器会报故障码OC3(恒速过流)。同时CPU226的输出也要正常,否则发电逆变器不会显示正常。回头看车载显示屏,发现电池组充放电电流显示的数据偶尔是几安培,偶尔是负几安培,偶尔是0,但大部分都是负或0。证明是错误的。打开发电变频器的盖子,测量其工作信号UFWD-CM=10 V,正常情况下是20 V。真的有问题。重新测试UREV-CM=0.5 V,正常;扭矩信号U12-11=2.27 V,好像低?之前的大多数测量值都在3V左右。为了防止漏检,还测量了编码器的工作电压和信号电压。工作电压14.95 V(正常15V),没问题。信号电压分别为7.2 V和7.3 V,也是正常的。是因为发电逆变器检测到电机故障,没有上报故障码,导致逆变器自动将工作信号电压锁定在10v不发电吗?然后再次测试发电机,三相DC电阻几乎绝对平衡,为0.71。剔除0.08的表头和线路电阻(用福禄克表测得),真实三相DC电阻为0.63,正常。真的是变频器的故障,只能输出10v的工作信号电压,导致不发电吗?为了验证,我从正常的车上拆下一个,试穿了一下。结果还是一样,证明原车的逆变器还可以,我就装了。真的是转矩信号电压低导致逆变器工作电压低UFWD-CM吗?然而,该扭矩信号电压由CPU226控制,由EM232输出。CPU226有问题吗?此外,CPU226由电池管理系统控制。电池管理系统有问题吗?一系列问题让诊断陷入僵局。以上问题中,电池管理系统相对容易入手。然后,回到第一步,点击车载触摸屏,查看电池管理系统的BMS状态信息和电池模块信息。结果发现第七个盒子里有四组电池,电压为0。据此分析,由于电池管理模块BMS检测到电池有故障,向CPU发出停止发电的信号,因此CPU输出很低的扭矩信号,导致不发电。按照先排除明显故障的原则,更换了四组故障动力电池。结果还是没有发电。所有参数如UMD CM和U12-11与之前相同。那么是什么原因导致发电逆变器的工作信号UFWD-cm只有10v呢?什么原因导致扭矩信号U12-11偏低?扭矩信号比其他车小,会导致不发电吗?关于这个问题,厂家没有明确说明,也没有具体的参数。仅凭我们积累的经验或者逻辑推理。按理说,扭矩信号就是CPU要求逆变器产生多少功率。高信号电压需要产生大量电能,反之亦然。现在太小了,充其量应该只是导致发电量小,不应该导致不发电。因此,首先要检查发电逆变器的工作信号。决定重新测量,找出t
这和车载显示屏显示的偶尔发电的现象是一致的,那么是什么原因导致FWD信号如此不稳定呢?此时,作者采用区域分割的方法来判断故障。由于发电逆变器在发电时要求FWD处于高电位,REV处于低电位,因此REV已经处于低电位。如果直接给FWD一个高电位,那么发电逆变器应该正常工作发电。拆下FWD端子,启动汽车,然后测量FWD和CM端子之间的电压为20V,这是正常的。看车载显示屏显示10- 15 A左右,确实发电了。去掉FWD端的步骤后,故障范围分为发电变频器和主变频器两块,进一步缩小了故障范围。由于去掉FWD端子后发电正常,说明发电变频器正常,问题出在主变频器和主变频器与发电变频器之间的线路上。除此之外,主变频器输出的Q1.6和Q 6都是正常的,所以只有PLC板和FWD信号线出了问题。为了判断准确,再次安装FWD端子线。在车上测BCN9-1和BCN9-4的电位,也是lo v,在发电逆变器上测也是10v,证明线路没问题。问题出在PLC板或从CPU2226到PLC板的线路上。于是,检查CPU226的Q1.6和Q0.6到MCN11-1和MCN 11-6的线路,正常,于是去掉了BCN9-1管脚,发电正常。从上面可以看出,故障点是PLC板。
2.3从上面的分析可以看出,FWD端子上的20 V电压消耗了PLC板上的10V。在PLC板上,只有光耦合器PC1与FWD端子相连。这里用光藕PC1做开关,这个开关上有10v的压降,一定是这个开关接触不良。那么,对于PC1来说,C极和E极一定有漏电故障,导致CE极上的电阻R2与发电变频器内部的上拉电阻R1串联。R2和R1组成分压电路,在R2上形成10v的压降,使FWD端输入CPU的电压降低到10V;正常情况下,由于Q0.6为低电位,PC1的CE极开路,FWD端在上拉电阻R1的作用下始终保持20 V,给CPU的输入也是20v;但此时发电逆变器的CPU识别出FWD信号电压只有10V,所以发电逆变器不控制发电,导致没有发电故障。
2.4排除更换PLC板导致的光灾,然后安装并重启PC1,检查充电电流是否正常。行驶10分钟后,发现动力电池电压从324 V变为350 V,SOC值逐渐升高。发电正常,故障完全排除。3维护注意事项1)遵守高压操作的所有规则。比如要碰高压,先切断高压,等20分钟高压放电后再开始操作。2)测量各种信号时,应使用万用表,不要使用测试灯,尤其是大功率测试灯,因为EM232、CPU226等的输出端。没有负载能力,如果使用测试灯,模块可能会损坏。如果要用,只能用LED试灯。3)该款混动车的发动机型号为康明斯ISDE 185,出厂时该发动机的标准怠速设定为650 r/min,用于在该车上重新标定怠速至750 r/min,以帮助辅助发电启动时发动机平稳运转;同时,主控制器设定只有当检测到发动机怠速转速为750转/分钟时才输出发电信号。如果更换发动机ECM,应重新校准怠速,否则辅助发电系统将无法工作。4)电机三相输出端子上印有U、V、W字样,分别与逆变器输出端子的U、V、W相连。如果电机输出端子上的字损坏或者更换了非原厂输出线,可以在不知道相线是否接对的情况下随意接,然后用逆变器的控制程序试着把发电机当起动机用(注意:此时最好切断发动机ECM的电源;操纵杆放在N档:离合器处于分离状态)。如果旋转方向与发动机启动时的旋转方向一致,证明连接正确;如果不正确,则随机切换两相相线。5)使用发电机作为起动机的操作步骤如下。步骤1按PRG键进入主菜单。在显示的主菜单中选择数据设置,按FUNC/数据键输入具体的参数项目。第二步:按FUNC/DATA键进入F00(数据保护),按STOP+︿或v键将F00值从1修改为0。步骤3:也使用FUNC/数据键输入特定的参数项目。修改F01、F02、F42和H18的值,将其从1更改为0。第四步,按PRG键返回正常界面。第五步:在正常界面下,按︿或v键,红色数字显示值会增加或减少。当值达到大约26时,释放8或v键,并使用︿或v键将值调整到26。按下FUNC/数据键,红色数字值26闪烁,完成设置。第六步当离合器分离且处于空档时,按下前进键,发电机将拖动发动机,直到发动机启动。如果在步骤7中不能启动发动机,可以适当增加步骤5中的值,直到发动机可以启动。步骤8重复步骤1和4以恢复原始数据。6)如果有原厂的扫描工具,也可以用扫描工具输入启动程序,检查旋转方向是否与发动机启动时的旋转方向一致,以测试U、V、W三相线连接是否正确(注意:最好拔掉ECM电源
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