摘要:近年来,新能源汽车发展势头迅猛,已然成为未来汽车的必然趋势。2021年,我国新能源汽车销量预计将达到340万辆,较上一年翻了约1.5倍。新能源汽车动力系统采用高压电,对不同使用环境下的安全性、稳定性、可靠性等方面都有着极高的要求。比如新能源汽车高压上电时,都设计有预充控制环节来保护高压回路及高压部件免受大电流损坏。本文主要针对新能源汽车预充控制过程及原理进行分析讨论,并结合实际故障案例诊断排除过程,讲述预充故障的检测方法。
1、新能源汽车高压上电步骤
新能源汽车启动后,首先是低压系统的唤醒与自检。当确定系统无故障后才允许高压上电。(如图1所示)
(1)高压上电第一步,电池管理系统BMS控制负极接触器(K-)和预充接触器(Kp)闭合,对电机控制器内的母线电容C进行预充电。当母线电容内电压VC与动力电池电压VB差值达到规定值时,预充完成。(2)BMS检测到预充完成后,控制正极接触器(K+)闭合,正式对外部负载输出高压电,然后控制预充接触器(Kp)断开。此时,仪表显示OK灯或READY灯点亮,高压上电完成。在此期间,BMS会实时监测系统状况,如发生绝缘、高压互锁等严重故障时,控制K+和K-断开,停止上高压电。
2、预充控制分析
新能源汽车高压上电时,都要先进行预充,对电机控制内的母线电容预充电。因为母线电容在高压回路中与动力电池并联,当动力电池输出高压电时,必然会对电容进行充电,而电容在被充电的瞬间,电阻几乎为零,相当于导通。
如果高压上电时,直接闭合负极接触器(K-)和正极接触器(K+),相当于直接将动力电池正负极接通,此时动力电池等同于短路,回路中产生瞬时大电流将损坏高压回路及高压部件。
因此高压上电时,先闭合负极接触器(K-)和预充接触器(Kp),高压电经过预充回路后再对母线电容充电。由于预充回路中串联有预充电阻(R),根据欧姆定律,预充过程中的电流减小到高压回路可以承受的范围,利用预充电阻的限流作用,保护高压回路及高压部件。当母线电容电压VB升高的到与动力电池电压VB之差(ΔV)足够小,达到设定值时(如图2所示,有的车型设定为ΔV≤50V,有的车型设定为ΔV≤VB×10%),BMS判定预充完成,并控制正极接触器(K+)闭合,然后控制预充接触器(Kp)断开,车辆正常上高压。
3、母线电容分析
通过上述分析可知,新能源汽车高压上电时的预充主要是针对电机控制器内的母线电容,通过预充保护高压回路及高压部件。电机控制器里为什么设置母线电容呢?
新能源汽车高压回路上有很多高压用电设备,其中电机驱动系统是最主要的用电系统,电机控制器将高压直流电转换为三相交流电控制驱动电机运转。而电机控制器对驱动电机的控制需要根据车辆的实际行驶需求实时调整,因此不同的行驶工况下,电机控制器消耗的电能是不同的,随时都在变化。这就会导致动力电池母线电压出现较大的波动,影响各高压用电设备的工作稳定性,进而影响新能源汽车工作状态和驾乘体验。因此在电机控制器中设置母线电容,最主要的作用就是平衡母线电压波动。当用电量激增时,电容对外放电辅助供电;当用电量减少时,吸收母线电压储备电能。
但是有了母线电容也会带来另一个问题:当车辆下电后,BMS控制正极接触器(K+)和负极接触器(K-)断开,停止对外输出高压电,但母线电容内仍然存在与动力电池几乎相同的高压电。这就会对新能源汽车的维修带来安全隐患,一般会采用高压系统余电放电回路(如图3所示)在车辆下电后迅速释放掉母线电容里的高压电,保证高压安全。这个过程也叫做主动泄放,若主动泄放回路故障则通过被动泄放回路来放电。
因此,车辆再次上电时,母线电容内是没有电的,为保护高压回路及高压部件免受大电流损坏,就需要先进行预充。
4、接触器结构原理分析
新能源汽车上的接触器本质上是一种带有保护性质的电路控制开关,用于控制动力电池充放电回路的通断,是新能源汽车动力系统的核心元件。如图4所示为接触器结构示意图,为避免高压电路在通断时产生的电弧烧蚀触点,一般为全密封结构,并在内腔充注隋性气体。
接触器的的工作原理与普通继电器基本一致。如图5所示,初始状态下高压触点常开,高压回路断开;线圈通电后产生磁场吸合连接片,触点连通,高压回路接通。这样即可通过线圈内12V低压电控制高压触电回路中的高压电。
接触器控制方式一般有两种,即搭铁控制和拉低控制。比如在长安CS15纯电动汽车上,BMS给接触器线圈一端提供12V工作电源,通过控制另一端搭铁来控制线圈电流的通断,进而控制接触器的通断。而在比亚迪E5纯电动汽车上,BMS同时给接触器线圈的电源端和控制端提供12V电压,此时线圈两端电压相等,无电流流过,触点断开;当需要该接触器工作时,BMS将线圈控制端电压拉低至1V以下,此时线圈内电流从电源端流到控制端,产生磁场吸合连接片,触点连通。
5、预充故障案例分析
5.1 故障现象
一辆比亚迪E2纯电动汽车,踩下制动踏板、按下启动按钮,仪表显示“EV功能受限”,主告警灯点亮、动力系统故障指示灯点亮、OK灯不亮(如图6所示)。
5.2 故障诊断仪检测
连接故障诊断仪,进入电池管理模块读取故障码,显示故障码为:P13AF00,预充接触器回检故障;进一步读取动态数据流,选择“预充状态”显示为“预充失败”。
5.3 故障分析
根据故障诊断仪检测结果,判断故障原因为预充故障,导致该故障的具体原因可能有:
(1)预充接触器电源故障;
(2)预充接触器控制信号故障;
(3)预充接触器本身损坏。
因此,接下来应对预充接触器电源信号和控制信号进行检测,如果两者都正常则可判断为接触器本身故障。
5.4 万用表检测
查阅维修资料,找到电池管理系统预充接触器电源及控制线路,如图7所示。
(1)万用表选择直流电压20V档位,红笔连接电池管理模块BK45A口7号线,黑笔搭铁,启动车辆,测量预充接触器电源端电压为0V,正常值应为12V。
(2)万用表选择直流电压20V档位,红笔连接电池管理模块BK45A口21号线,黑笔搭铁,启动车辆瞬间,测量预充接触器控制端电压为0V,正常值应为12V→0V。
根据检测结果可判断,该车预充接触器电源故障,导致预充接触器无法工作,动力电池不能完成预充,所以无法上高压电。
进一步查阅维修资料可知,预充接触器电源来自保险丝F1/9提供的IG3电(如图8所示),为准确找到故障点,接下来需检测电池管理模块IG3供电电路。
(1)万用表选择直流电压20V档位,红笔先后连接保险丝F1/9前、后端,黑笔搭铁,启动车辆,分别检测F1/9前、后端电压为12.3V和12.2V,结果正常,说明IG3供电正常;
(2)万用表选择直流电压20V档位,红笔连接电池管理模块BK45B口8号线,黑笔搭铁,启动车辆,检测BK45B口8号线电压为0V,正常值应为12V;
(3)车辆下电,断开蓄电池负极,万用表选择电阻200Ω档位,红笔连接F1/9后端,黑笔连接BK45B口8号线,测量电阻为无穷大,正常值应小于1Ω。
根据检测结果可知,保险丝F1/9至电池管理模块BK45B口8号线连接线路断路,修复后故障排除,车辆正常上高压、系统正常。
5.5 故障结果分析
由于保险丝F1/9至电池管理模块BK45B口8号线连接线路断路,导致电池管理模块IG3供电故障,使得预充接触器线圈供电异常而无法工作,最终导致动力电池预充失败、车辆无法上高压电。
6、总结
新能源汽车高压系统中,由于电机控制器内母线电容的存在,高压上电时为避免瞬间大电流损坏高压回路及高压部件,专门设计了预充控制。即:先闭合预充接触器(Kp),利用预充电阻的限流作用,在完成对母线电容的预充电后再闭合正极接触器,对外输出高压电。两个环节存在逻辑先后关系,如果预充没有完成或预充失败,BMS将不会闭合正极接触器(K+),新能源汽车不能上高压电,仪表OK灯或READY灯将不会点亮。因此在新能源汽车不能正常上高压电的故障诊断中,要特别关注预充状态动态数据流,若数据显示“未预充”或是“预充失败”,则需要对预充接触器线圈的供电电源、控制信号等进行相应检测,最终确认并排除故障。
参考文献:
[1]卢光明,王家忠.纯电动汽车整车上电控制策略研究[J].汽车工业研究,2019(04).
[2]刘长新,操林矫.北汽EC180车预充电无法完成[J].汽车维护与修理,2019(22).
[3]谭仕发.纯电动汽车高压上电流程及故障诊断研究[J].汽车电器,2020(08).
[4]梁力艳.比亚迪秦EV车高压上电控制原理及故障1例[J].汽车维护与修理,2021(24).
[5]姚子欣.电动汽车预充电保护设计[J].科技与创新,2021(19).
[6]刘金配,黄祖朋.电动汽车预充电电路设计研究[J].汽车实用技术,2021,46(10).
文章来源:景志敏,周欢.新能源汽车预充控制原理及故障案例分析[J].内燃机与配件,2022(05):136-138.
分享:
压裂车是一种石油装备车,用来执行油田的压裂作业。超大功率压裂车相比常规压裂车,它的车载设备更重,在工作中超大功率压裂车的柱塞泵产生的冲击载荷更大。车架作为主要承载部件,需要具备足够刚度、强度和良好的动态性能,以保证整车安全性与稳定性。
2024-04-03随着科技的不断进步,汽车也在持续的更新换代,据统计,全国有90%的家庭至少拥有一台汽车。在此背景下,现阶段汽车的发动机与变速器的连接形式都是分体式联接,进而导致变速器与发动机之间需要通过传动轴去传递动力,其联接方式是通过法兰盘与传动轴进行联接,实现动力的传递和输入[1],所以法兰盘的联接与紧固尤为重要。通过法兰盘内螺纹检测机构,对法兰盘检测不合格时的状态进行仿真分析,验证其是否满足设计要求。
2024-04-03汽车CDC减振器应用广泛,其重要组成部分电磁阀对CDC减振器的动态响应更是有着显著影响,因此,开展电磁阀电磁特性的研究对CDC减振器减振特性具有重要意义。传统的电磁阀研发周期长,随着计算机技术的发展,越来越多的专家和学者运用有限元仿真软件对电磁阀进行研究。
2024-04-03随着汽车产业的快速发展,汽车零部件的自动化装配成为提高生产效率和质量的重要手段。然而,在自动化装配线过程中,零部件装配错误和故障可能会导致严重的后果。因此,设计一套可靠的防错系统对于保障装配质量和提高生产效率至关重要。
2024-04-03动力性仿真分析,在动力蓄电池电量较低功率限制的状态下,纯电动模式和增程模式的最高车速分别为162km/h和133km/h。用车辆整车参数、动力系统匹配参数在AVL Cruise软件中建立整车模型;基于Simulike软件进行控制策略的模型建立,通过Matlab-DLL完成与AVL Cruise的联合仿真,针对经济性、动力性进行仿真验证。
2024-04-033D交互虚拟仿真实验提供了高度真实的3D环境,学生可以在其中进行实验操作,这种身临其境的体验可以增强学生学习的积极性,帮助学生更好地理解和掌握知识[1,2]。3D交互虚拟仿真实验教学项目和课程,在2020年初为“停课不停学”中线上实验教学的开展创造了有利条件。虚拟仿真实验教学项目与一流课程建设工作,将成为高校教改和教育创新的新方向[3,4]。
2024-04-02新时代全国高等学校本科教育工作会议2018年6月提出人才教育为本,本科教育为根的“以本为本”和回归常识、回归本分、回归初心及回归梦想的“四个回归”[1]。“玩命的中学,快乐的大学”的乱象存在高校已久,为提高课堂教学质量、激发学生学习兴趣和潜能,需将课堂教学改革提上日程。
2024-04-01为应对环境污染、石油危机的双重压力,大力发展新能源汽车已经成为我国国家战略。我国新能源汽车产销量已连续8年居世界第一。目前,我国新能源汽车企业人才面临严重短缺情况,职业院校在培养新能源汽车人才时也面临诸多问题,如设备不足、复杂结构不好讲解、抽象工作原理难以理解、实车性能实验无法开展等。
2024-03-05为应对环境污染、石油危机的双重压力,大力发展新能源汽车已经成为我国国家战略。我国新能源汽车产销量已连续8年居世界第一。目前,我国新能源汽车企业人才面临严重短缺情况,职业院校在培养新能源汽车人才时也面临诸多问题,如设备不足、复杂结构不好讲解、抽象工作原理难以理解、实车性能实验无法开展等。
2024-03-04本文详细介绍了基于深度学习的机器人视觉检测系统,包括感知模块、决策模块和控制执行模块,其中检测网络模型是核心。本文自定义构建了基于FPN和残差注意力机制的两阶段检测框架,并在实际工业焊装场景中进行了系统搭建与算法测试。结果表明,该模型达到了81.7%m AP的精度,可以轻松做到40 FPS的实时检测速度,最后通过实验证明了所提出系统和方法的有效性。
2024-01-16人气:4701
人气:3080
人气:2149
人气:1916
人气:1882
我要评论
期刊名称:车用发动机
期刊人气:1047
主管单位:中国兵器工业集团有限公司
主办单位:兵器工业车用发动机专业情报网,中国北方发动机研究所
出版地方:天津
专业分类:工业
国际刊号:1001-2222
国内刊号:14-1141/TH
邮发代号:80-943
创刊时间:1978年
发行周期:双月刊
期刊开本:大16开
见刊时间:一年半以上
影响因子:0.000
影响因子:0.010
影响因子:0.916
影响因子:0.345
影响因子:0.290
400-069-1609
您的论文已提交,我们会尽快联系您,请耐心等待!
你的密码已发送到您的邮箱,请查看!