模块七、江淮纯电动汽车的工作原理与故障诊断PPT课件

.,模块七、江淮纯电动汽车的工作原理与故障诊断,近年来，新能源汽车是缓解环境压力、提升节能减排的重要发展趋势之一，其中纯电动汽车是新能源汽车的成熟技术方案。为促进客户与市场维修人员掌握必要的纯电动汽车故障识别与快速处理方法，现介绍江淮纯电动汽车iEV5的技术结构和工作原理。纯电动车的电池安全是人们最关注的，2015款江淮iEV5的电池采用了“双动力”设计理念。另外，该车车身结构为电池专门设计了动力舱，最大亮点在于使安装电池的空间不变形，即便整车被撕裂，动力舱也不会变形挤压到电池。此外，该车全系都标配了ABS防抱死制动系统、EBD电子制动力分配系统、前排安全气囊、前排安全带未系提醒、ISO标准儿童座椅固定装置等。倒车雷达及红外倒车影像，也可避免一些不必要的小剐蹭。,.,一、江淮纯电动汽车动力系统组成及运行,江淮纯电动汽车iEV5采用三元锂电池、电池热管理、整车控制器、能量回收、远程监控等技术，具有智能化特点，是集电池动力、智能互联、安全e控的智能终端。整车外观与前舱布置，如图7-1和图7-2所示。江淮纯电动汽车iEV5关键电驱动系统各总成的结构与主要功能进行介绍。,.,1.动力电池,采用三元锂电池，是整车能量储存单元，以直流电形式直接提供到高压供电系统，同时通过直流-直流转换器（DCDC）转换为1315V电压，为低压系统供电。动力电池结构，如图7-3所示。,.,2.电池切断单元（BDU）,BDU安装在动力电池总成前端中部，如图7-4所示。包括主接触器、预充接触器、加热接触器、加热熔断丝、电流传感器和预充电阻等。主接触器控制动力电池总成到整车的高压电路通断；预充接触器防止高压回路在钥匙启动瞬间出现大电流；加热接触器控制风扇蒸发器总成加热器通断；电流传感器测量高压电路电流，由整车控制器（VCU）计算电池容量。,.,3.电池控制器（LBC）,LBC安装于动力电池总成内部，是电池管理系统核心部件，如图7-5所示。LBC监测电池单体电压、电流、温度及整车高压绝缘等信息至VCU，VCU根据以上信息控制动力电池总成充放电，LBC诊断信息如表7-1所示。表7-1LBC诊断信息-动力电池系统。,.,4.高压接线盒,高压接线盒内部分为两层，上层为熔断丝，下层为继电器。有6个高压线缆接口，通过4个安装点固定在车载充电机上。如果需更换熔断丝，只需打开高压接线盒上盖即可操作，如果需更换继电器，需拆下熔断丝层绝缘板。其功能包括动力电池总成电能分配，电加热器与直流充电回路通断控制，空调系统、直流充电、交流充电、电机控制等回路过载保护。,.,5.驱动电机,采用永磁同步电机。永磁铁被镶入转子中，电机旋变被同轴安装在电机上，用来检测转子旋转的角度。当三相交流电被通入到定子线圈中，即产生了旋转的磁场，这个旋转的磁场牵引转子内部的永磁体，产生和旋转磁场同步的旋转扭矩。使用旋转变压器检测转子的位置和电流传感器检测线圈的电流，从而控制驱动电机的扭矩输出。结构示意如图7-6所示。驱动电机与外部的电气接口包括高压电部分、低压部分和通信接口3部分。,.,6.电机控制器（PCU）,安装在前舱内，采用CAN通信控制，通过接收VCU发送来的转矩指令和采集的电机位置信号，控制驱动电机的运行。软件控制是电机控制器的核心，采用矢量控制算法控制PWM斩波信号输出，依据电机外特性曲线图实现转矩限制输出，依据电流及转子位置信号的采样并经滤波处理实现电机正反转和扭矩控制，如图7-7所示。,.,6.电机控制器（PCU）,PCU将电池的直流电转换为交流电，并采集电机位置信号和三相电流检测信号，精确地驱动电机，同时具备将车轮旋转的动能转换为电能给动力电池充电，在减速阶段，电机作为发电机应用。1）电机电动状态控制电动状态下，为了产生驱动力，VCU根据目标扭矩信号要求电机控制器传送交流电给电机，以达到驱动车辆的运行。2）电机发电状态控制在制动能量回收阶段，根据VCU通过整车CAN发送的再生转矩请求，电机控制器控制电机作为发电机的功能，由车轮旋转产生动能转换为电能。此电能为电池充电。电机产生的再生转矩被作为制动力，能够减少制动钳的压力。,.,7.整车控制器（VCU）,接收各部件信息，综合判断整车状态，实现多系统的协调控制，VCU通过CAN通信将控制信号传输给电动化仪表。1）当点火钥匙置于ON挡，唤醒VCU，VCU控制MC继电器给电机控制器和电池控制器供电，VCU通过CAN通信发送相关控制命令完成整车系统启动。2）整车控制器接收到上电开关、直流充电桩、车载充电机或远程智能终端的唤醒信号后，直接控制高压继电器吸合或断开，完成高压系统接通或断开。3）VCU基于加速踏板位置信号、挡位信号和车速信号计算车辆的目标转矩，并通过CAN通信发送转矩需求指令给PCU。,.,7.整车控制器（VCU）,4）车辆在滑行或制动时，VCU根据ABS状态、动力电池状态和制动踏板位置信号，计算能量回收转矩并发送指令给电机控制器，启动能量回收。5）车辆行驶状态下，VCU根据电机温度、PCU温度、IGBT温度、冷却液温度和车速信号，发送PWM信号控制电子冷却水泵转速。在车辆交流充电状态下，VCU根据冷却液温度和车载充电机温度，发送PWM信号控制电子冷却水泵转速。在车辆直流充电状态下，VCU根据冷却液温度，发送PWM信号控制电子冷却水泵转速。6）车辆发生碰撞或严重故障（绝缘故障、动力电池过温过压、动力电机过流过温等）时，VCU切断高压回路上的继电器，确保人员安全。,.,8.车辆仪表,显示用户最关心的车辆信息，如图7-8所示。主要涉及驾驶与维修提示的仪表故障灯指示含义举例如下。,.,.,二、江淮纯电动汽车行驶系统故障诊断,1.江淮纯电动汽车无法行驶故障排除故障现象。一辆江淮HEC7001AiEV纯电动汽车iEV5，行驶里程3400km，客户反馈组合仪表故障灯常亮，动力中断，车辆无法进入可行驶状态。故障排除。插接整车诊断口，将控制器上电，读取上位机监测数据，存在DTC178，指示CAN通信故障。检查PCU低压控制接插件内CAN-H、CAN-L两针脚，确定整车CAN终端电阻的阻值为60，但无法确定PCU内部CAN终端电阻有无故障。,.,所以，根据电动汽车维修规程，首先断开电池维修开关，维修开关位于动力电池总成中间表面位置，打开中央通道末端地毯盖板下方的维修开关盖板，操作维修开关，如图7-9所示。切断整车高压，再拔掉正负母线接头，拆下电机控制器PCU的接线盒盖，然后拆下三相线，拔掉低压插接件，移除DCDC搭铁，再用水管卡钳拆下进出水管，最后拆卸PCU控制器4个固定螺栓，这样完全拆卸电机控制器PCU，进行车下检查。上述拆解步骤见图7-1012所示。进一步对PCU内部进行检查，发现DCDC损坏（图7-13）。更换PCU控制器后重新装车试车，故障排除。故障总结。江淮纯电动汽车iEV5整车采用CAN通信，其CAN通信拓展如图7-14所示。驱动电机控制器PCU内部集成DCDC模块，其功能是将电池的高压电转换成低压电，提供整车低压系统供电。,.,2.江淮纯电动汽车无法提速故障排除,故障现象。一辆HEC7001AiEV江淮纯电动汽车iEV5，行驶里程约12400km，车主电话报修反映组合仪表上存在提示语“限功率模式”，车辆最高车速限制在40kmh，无法正常提速。故障排除。根据故障现象，判断该车进入了跛行模式。查阅维修手册，得知电机故障灯点亮、提示“限功率模式”时，可能故障点为：IGBT过温，电池单体温度过高。利用上位机监控检测诊断软件发现车辆IGBT温度高于85，显示故障码为P301E。首先检查前舱的冷却水箱内冷却液液位，正常。,.,再进一步检查PCU控制器本身内部水道有无堵塞不畅，拔出PCU上的冷却液进水管和出水管，利用风枪对着吹风，观察另一端的出风情况，也正常。最后检查水泵，发现水泵不工作，导致冷却系统不循环，无法给予控制器降温，导致PCU过温，车辆限功率。查阅资料得知，水泵工作需要的条件有2个：VCU给予的转速信号；12V的低压供电，MC继电器由VCU控制，为PCU、LBC、冷却风扇、电子冷却水泵及电池风扇供电。所以重点检查水泵继电器和MC继电器，在钥匙ON状态下，测量到水泵低压接插件没有12V供电，因为水泵继电器和日间行车灯继电器可以通用，把前舱继电器盒中的日间行车灯继电器与水泵继电器对调，确认故障点为继电器烧毁失效。更换新的继电器，试车，故障排除。水泵继电器检查与更换如图7-15所示。,.,3.江淮同悦纯电动汽车行驶时突然掉电,故障现象。辆2011年11月出厂的安徽江淮二代纯电动汽车，车辆识别码为LJ1EFKRN3B4218987，已累计行驶里程2052公里。车主打电话给笔者要求救车，反映在行驶途中该车仪表板上的动力电池报警灯亮，同时动力电池组突然掉电，汽车动力消失无法行驶,如图7-12仪表板上显示高压电池故障灯亮。,.,三、江淮纯电动汽车真空助力系统故障,江淮纯电动车IEV因为采用电驱动，缺乏传统的发动机进气歧管真空源，需要重新设计配置制动助力系统的真空输入，目前普遍采用的是电动真空泵控制。真空助力器通过真空软管与真空罐连通，真空泵控制器通过压力开关监测真空罐内的压力，当真空罐内负压不足时，真空泵控制器控制真空泵工作，对真空罐抽气，直至真空罐内负压达到限值，电动真空助力工作原理见图7-16所示，电动真空助力的控制逻辑按照建立负压与工作过程、故障诊断3个部分。1.建立负压真空罐内负压不足时，真空罐上的压力开关断开，并向真空泵控制器输出信号，真空泵控制器控制真空泵电源接通，真空泵开始抽气，增大真空罐内的负压；当负压达到限值时，真空泵控制器延时10s后断开真空泵电源。,.,2.工作过程,真空罐压力开关在罐内真空度不足时会断开，负压较高时关闭。当踩制动后空气进入真空罐，踩过3次后罐内真空度不足，压力开关会断开，然后ECU给真空泵供电，真空泵开始工作，抽出空气，罐内负压逐渐增大，大到一定的阈值后压力开关关闭，此时ECU会继续给真空泵供电12s然后停止供电。,.,3.故障诊断,当由于意外工况，如真空罐漏气、真空泵损坏等，造成真空罐负压无法满足系统需求时，真空罐上的真空报警开关将输出报警信号给组合仪表，仪表上的制动系统故障警示灯点亮。,.,四、江淮同悦纯电动汽车其他故障诊断,1江淮同悦纯电动车电气系统结构和原理江淮同悦纯电动车（HFC7000AEV）电气系统由驱动电动机及减速器、电动机控制器（PCU）、动力电池及管理系统、充电系统、高压接线盒（BDU）、高低压直流转换器（DC/DC）及低压电气系统等组成。1.1驱动电动机及减速器同悦纯电动车的驱动电动机和减速器为一体化设计，采用永磁无刷直流电动机和单速比减速器，额定功率为11kW，峰值功率为27kW，减速器减速比为6.37，最大输出转矩达200Nm。1.2电动机控制器（PCU）PCU将电池组的直流电转化为交流电供驱动电动机使用，同时通过控制电动机的起动、停止和正反转等操作，实现车辆的前进和倒退。1.3动力电池及管理系统同悦纯电动车所使用的动力电池是电极材料为磷酸铁锂的锂离子电池组，电压为320V，电池容量为15kWh。动力电池分成两块，一块位于后排座椅下方，长、宽分别为875mm和660mm；另外一块位于后备箱，长、宽分别为800mm和470mm，两块动力电池的质量均为110kg，是整车储能的关键部件，主要负责给驱动电动机提供电能。电池管理系统通过采集电池组电压、电流、温度、绝缘电阻等信号，实现电池组状态估算、热管理、安全管理、单体均衡控制、自检和故障诊断等功能。,.,1.4充电系统同悦纯电动车通过连接外部电网给动力电池充电，具备快充与慢充2种充电方式，可以采用标准充电桩、简易充电桩、家用电源（220V、16A以上规格插座）3种方法为车辆充电，车载充电器具有反接保护、短路保护、低压保护、过压保护、过热保护等功能。1.5高压接线盒（BDU）高压接线盒将高压电输送到各用电元件，并提供高压保护功能，BDU内部为继电器和熔丝等电器元件。1.6高低压直流转换器（DC/DC）及低压电气系统高低压直流转换器将动力电池的高压直流电转化为低压直流电，向车辆附属的低压电气系统用电设备（照明、仪表、音响、喇叭等）提供电能，从而保证低压用电设备的正常工作；在行车时，DC/DC还负责给12V铅酸蓄电池充电，其作用与传统汽车的交流发电动机类似。,.,2江淮同悦纯电动车操作和充电方法,2.1行驶操作方法起动车辆时，将上电开关（上电开关位于转向盘下方转向柱的右侧，将钥匙插入上电开关后，旋转钥匙，可在LOCK、ACC、ON、START等4个挡位进行切换）接通至“ON”位置，仪表板上的仪表背景灯点亮，车辆的低压系统接通。接着，将上电开关接通至“START”位置，系统会发出“嘀”的响声，高压电池组接通，仪表盘上出现绿色“READY”显示，车辆进入可行驶状态。此时，踩下制动踏板，释放驻车制动器，将换挡操纵机构手柄置于“D”挡，松开制动踏板，缓慢踩下加速踏板，车辆即可行驶。2.2车辆充电操作方法车辆行驶过程中，当动力电池组电量不足时，仪表盘上的低电量报警灯点亮，如图1-15所示。,.,车辆进入限功率模式，表明车辆需要尽快充电。使用市政配套的直流快充与交流慢充充电桩对车辆进行充电，应先将车辆配置的标准充电线缆插入充电桩的标准插座内，再打开车辆充电插头防护盖，将线缆的另一端插入待充电车辆充电口的充电插座内；使用自用简易充电桩或家用220V电源为电动汽车进行充电时，应使用随车配置的普通型充电线缆（家用充电线缆），将普通型充电线缆的3极电源插头插入简易充电桩或家用220V插座内，再打开车辆充电插头防护盖，将线缆的另一端插入待充电车辆充电口的充电插座内。充电线缆连接完毕后，应观察车辆仪表盘上的充电线连接指示灯和电池组充电指示灯是否点亮，指示灯点亮说明车辆可以正常充电，否则应检查充电线路的连接情况或联系维修人员对车辆及充电设备进行检查。充电结束后，应取下充电线缆，并合上车辆充电口盖板。,.,3.江淮同悦纯电动汽车无法充电,故障可能的原因。怀疑车载充电器存在故障。用万用表测量车载充电器后部的四端子连接器上CAN-H和CAN-L间的电压，为0V，判断车载充电器的CAN通讯模块存在故障。江淮同悦纯电动车需要车载12V蓄电池来唤醒充电系统工作，如果蓄电池亏电，充电系统将无法被唤醒，高压电池组就不能正常充电。因此，车辆如需长时间停放，则应断开12V铅酸蓄电池的负极电缆，从而避免铅酸蓄电池亏电。,.,4江淮同悦IEV2代原车12V蓄电池亏电引起的车辆无法充电,故障可能的原因。该车由于长时间放置停用，引起12V铅酸蓄电池亏电。同悦纯电动车具有两种电池：一种是磷酸铁锂动力电池，用于向驱动电机供电，电机驱动车辆行驶；另外一种是12V铅酸蓄电池（即传统燃油车的铅酸蓄电池），布置在前舱，用于车上的前照灯、音响、喇叭等低压电气系统供电。在车辆运行过程中，12V铅酸电池的电量通过DCDC从动力电池组给铅酸蓄电池充电，保障低压用电设备工作。所以，长时间停用的纯电动车需要定期充电或干脆拆卸掉12V铅酸蓄电池的负极桩头。,.,对应原因的故障分析。检查车辆随车充电线正常，连接充电桩，车辆仪表中的充电指示灯不亮，钥匙打到READY位置，仪表指示均不亮，确实存在无法充电现象。进一步检查发现该车12V蓄电池亏电严重，检测仅5.6V，而同悦IEV需要随车的12V蓄电池来唤醒充电器工作，如果蓄电池无电就无法唤醒充电器工作，电池组就不能正常充电，进而影响车辆使用，其充电控制策略，如图7-28所示。,.,5.江淮同悦纯电动汽车无倒档故障诊断与排除,故障可能的原因。该车无倒档的故障可能原因有：电机位置传感器、倒档位置传感器损坏；驱动电机损坏；驱动电机控制器损坏；仪表控制单元损坏；油门位置传感器损坏；线路故障。该车为安微江淮2012年款国产二代纯电动汽车，搭载额定功率为11kW的永磁直流无刷电机，车辆识别码为LJ1EFKRN4B4218951，累计行驶里程130km。动力电池组为磷酸铁锂动力电池，额定电压320V，电池组容量50Ah，总能量15.2kWh。车主反映：该车起动时，仪表板上的“READY”灯亮；挂倒档时，仪表板上的“R”不显示，同时踩油门踏板时车不走。,.,对应原因的故障分析。接车后，笔者先对该车进行检试，发现该车果真如同车主反映的现象一样。当挂D档时，仪表板能正常显示“D”同时车也能正常行驶。如图7-21所示。当接通点火钥匙时，一体化仪表控制单元液晶显示屏依次显示车辆的累计里程、小计里程、电量值、高压总电压、高压总电流以及电机状态和故障信息。根据故障现象判断，该车无倒档的故障可能原因有：电机位置传感器、倒档位置传感器损坏；驱动电机损坏；驱动电机控制器损坏；仪表控制单元损坏；油门位置传感器损坏；线路故障。,.,由于此车的液晶显示屏上有6位数字，根据6位数字可读取车辆电机状态、加速踏板开度、充电器CAN通信状态及车辆故障信息。但此信息只厂家和4S店内有，车主是没有的。因此我们不