五洲龍混合動力客車動力電池輔助充電系統(tǒng)維修

五洲龍混合動力客車動力電池輔助充電系統(tǒng)維修五洲龍\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"混合動力客車動力電池輔助充電系統(tǒng)。配置一個11kW發(fā)電機，利用發(fā)動機作動力源發(fā)電，為動力電池（圖1中鋰電池箱串聯(lián)部分的電池）作補充充電。當動力電池在工作中存電不足時，11kW發(fā)電機在輔助充電系統(tǒng)的控制下自動發(fā)電，提高動力電池的存電量（SOC值）；當動力電池出現(xiàn)較多的虧電時，駕駛員或維修服務人員可以在車載觸摸屏上手動輸入強制發(fā)電命令，令11kW發(fā)電機強制發(fā)電，以快速提高SOC值。該車輔助充電系統(tǒng)工作正常時，基本上不用插電（在充電柜上充電）即可確保動力電池不會虧電。但是，該系統(tǒng)工作出現(xiàn)故障時，動力電池要么出現(xiàn)過充電要么出現(xiàn)虧電，導致車輛不能正常行駛。該系統(tǒng)涉及面廣，控制元件多，故障率較其他系統(tǒng)高，維修難度大。以下對其結構原理予以詳細敘述。

1結構原理

1）11kW發(fā)電機11kW發(fā)電機是由大連天元電機公司生產的變頻調速三相異步電機，主要技術參數如下：型號YSF146-4（FB），額定功率11kW，冷卻方式為水冷，接法為星接。此電機由發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器控制，發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器將發(fā)電機輸出的三相交流電轉換成單相直流電，輸出至動力電池組，為動力電池充電。

2）發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器為日本富士電機株式會社生產，其功能是：①整流—將發(fā)電機輸出的三相交流電整流成單相直流電；②監(jiān)測—接收光柵式旋轉編碼器（下文簡稱編碼器）送來的發(fā)電機旋轉信號，隨時監(jiān)測發(fā)電機的轉速或轉向；③降壓—將輸入的350V高壓降壓，轉變?yōu)槠鋬炔侩娮涌刂齐娐返碾娫措妷?；④電源輸出—輸出?15V電壓，為編碼器提供工作電源；⑤報碼—通過顯示面板顯示故障碼。各主要接線端子功能：REV一反轉信號輸入；FWD一正傳信號輸入；CM一輸入信號回路；12一力矩信號輸入；11一力矩信號回路；PO-15V＋輸出；CM-15V一輸出；YA，YB一編碼器信號輸入。以上數據均為實測而來。

3）CPU226

CPU226為西門子公司生產的可編程序控制器，安裝在主\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器中，是整個車載主\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器的控制指揮中心。在輔助充電系統(tǒng)中，它接收BMS系統(tǒng)（電池管理系統(tǒng)）傳輸過來的“開啟輔助發(fā)電”或“停止輔助發(fā)電”的CAN指令信號，處理后輸出相應電壓信號給PLC板，控制發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器是否開啟輔助發(fā)電；在發(fā)電時，CPU226輸出力矩信號至EM232模塊，EM232模塊從V1，Mi端子輸出力矩電壓模擬信號至發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器，以控制發(fā)電量的大小。

4）PLC板PLC板安裝在主\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器中，是CPU226與發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器之間的信號轉換與連接橋梁，它將CPU輸出的發(fā)電信號通過光藕轉換后傳給發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器。啟動發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器開啟輔助發(fā)電。

5）光柵式旋轉編碼器安裝在11kW發(fā)電機主軸后端，用于測量發(fā)電機轉速與轉向。型號M50T200ZG5DW，輸入電壓＋15V，線色定義：紅色一＋15V，白色一搭鐵，藍色一YA，綠色一YB，黑色一屏蔽線。

6）輔助充電控制邏輯[2]當BMS監(jiān)測到soc值低于60％時啟動巡航發(fā)電，此時是在車輛行駛中超過40km/h時，主電機會對電池組進行小電流充電（且有一定條件），約40A左右（這種充電模式不在本文討論范圍內）。當soc值降低到55％時啟動輔助發(fā)電，這時是由11kW的輔助發(fā)電機發(fā)電，車輛在怠速時對電池組進行小電流充電，約15A左右。當soc值低于50％時整車會強制發(fā)電，當Soc值大于69％時停止發(fā)電。

7）輔助充電的基本控制方式輔助充電系統(tǒng)控制電路圖。主\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器中的CPU226隨時監(jiān)測電池管理系統(tǒng)BMS模塊送來的發(fā)電信號。當BMS監(jiān)測到Soc值低于55％時，輸出發(fā)電請求信號至CPU2269CPU226通過PLC板控制發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器工作，讓發(fā)電機發(fā)電。

MCN11-6為PLC板上MCN11插座的第6腳；MCN11-1為第1腳；BCN9-1為PLC板上BCN9插座的第1腳；BCN9-2為第2腳。U、V、W分別為發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器的三相輸出線，接電機的U、V、W三相端子；PC1、PC2為PLC板上的2個光禍；Q0.6、Q1.6分別為CPU226的2個輸出端子。CPU226內部存儲有五洲龍公司寫入的相關控制程序，與EM232之間有通信聯(lián)系，圖5中的虛線為通信線排。PLC板在輔助發(fā)電系統(tǒng)中負責輸出信號的電位轉換，當CPU226收到BMS送來的“開啟輔助發(fā)電”信號后，Q0.6輸出低電位且Q1.6輸出高電位。當Q1.6輸出高電位時，光藕PC2的CE極飽和導通，發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器的REV端子由原來的高電位20V變?yōu)榈碗娢?V；當Q0.6輸出低電位時，光藕PC1不工作，發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器的FWD端子還是高電位20V，此時為發(fā)電邏輯，在此邏輯下發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器控制發(fā)電機發(fā)電。反之，當CPU226收到BMS送來的“停止輔助發(fā)電”信號后，Q0.6與Q1.6均輸出低電位，發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器的FWD與REV端子均為高電位，此時為停止輔助發(fā)電邏輯。上述的控制信號對于\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器來說，只是知道要發(fā)電了，但是要發(fā)多少電，\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器還不知道，因此，主\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器還要發(fā)一個信號給發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器，告訴發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器發(fā)多少電，這個信號就是通常說的力矩信號。力矩信號由EM232中的V1，M1端子輸出至\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器的12、11端子。一般為3V，強制發(fā)電時為4V；這個力矩信號電壓不能太大，太大時發(fā)動機驅動發(fā)電機的力矩過大，造成驅動皮帶打滑磨損過快（通俗叫法為電機吃皮帶）。力矩信號電路連接見圖5。

\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器有了上述發(fā)電控制信號與力矩信號，理論上可以控制發(fā)電機發(fā)電了。但是，在三相異步變頻調速發(fā)電機裝置中，發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器還要知道發(fā)電機是否旋轉，如果發(fā)電機在沒有旋轉時，發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器貿然地開啟IGBT，則發(fā)電機定子線圈一直被動力電池充電，所充的電未轉變成其他形式的能量而全部轉變成熱能，那么，定子線圈必燒無疑。因此，發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器在沒有收到編碼器送來的旋轉信號時，是不會控制發(fā)電機發(fā)電的。并且，\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器不但要收到信號而且要收到正確的信號。見圖6編碼信號，A、B是由編碼器輸出至\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器的2組編碼信號，分別由編碼器的藍、綠二線連接發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器的YA、YB端子。這2組信號是頻率脈寬幅度相同而相位相差90°的脈沖信號。其中相位超前90°的一組先進入\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器，落后90°的后進入\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器。相反，當電機反轉時，落后的一組變成超前的一組先進入\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器。\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器利用相位差來辨別電機的正反轉，因此YA、YB不能接錯；如果錯了，則不發(fā)電。

8）小結當\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器滿足發(fā)電控制信號、力矩信號、編碼器（旋轉）信號，且高壓輸入正常，電機及相關線路正常時發(fā)電機才會發(fā)電。

2

11kW發(fā)電機不發(fā)電的維修方法與步驟

以一臺粵BL3769車報修為例，說明11kW發(fā)電機不發(fā)電故障維修方法與步驟。

2.1故障現(xiàn)象

車載觸摸屏顯示電壓為324V，偏低；soc值為40%，偏低，低于55％應該要發(fā)電；顯示電池組充放電電流為0，不正常；發(fā)動機怠速750r/min，正常。存在不發(fā)電故障。

2.2故障檢查與分析

由上可知，電壓低應該是由于不發(fā)電造成的；由充電電流為0也可知，確實不發(fā)電。查看發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器顯示面板，結果顯示為RUN，0.00等，沒有故障碼，證明發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器工作正常。按理說發(fā)電機也正常，根據以往經驗，如果發(fā)電機匝間短路不正常，則\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器會報故障碼OC3（恒速時過電流）。同時說明，CPU226輸出也應該正常，否則發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器不會顯示正常。

重新查看車載顯示屏，結果發(fā)現(xiàn)電池組充放電電流顯示的數據偶爾為幾安，偶爾為負幾安，偶爾為0，但大部分顯示為負數或0。證明有故障。打開發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器蓋子，測量其工作信號UFWD-CM=10V，正常為20V，確實有問題。再測UREV-CM=0.5V，正常；力矩信號U12-11=2.27V，似乎偏低？以前測量的多在3V左右。為防止漏檢，將編碼器工作電壓與信號電壓也測一遍，工作電壓為14.95V（正常15V），沒問題。信號電壓分別為7.2V、7.3V，也正常。

難道是發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器檢測到了電機有故障而沒報故障碼，導致\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器自動將工作信號電壓鎖定在10v而不發(fā)電？遂將發(fā)電機也檢測了一遍，三相直流電阻幾乎絕對平衡，為0.71Ω，除掉表頭表線電阻0.08Ω（福祿克表測得），三相直流真實電阻為0.63Ω，正常。

難道真是\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器故障，只能輸出10v工作信號電壓而引起不發(fā)電？為驗證，在正常車上拆了一個換上一試，結果還是一樣，證明原車的\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器沒問題，遂裝上。難道真是力矩信號電壓過低引起的\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器工作電壓UFWD-CM低？可是此力矩信號電壓是CPU226控制EM232輸出的，難道CPU226會出問題？況且CPU226又是由電池管理系統(tǒng)控制輸出的，難道電池管理系統(tǒng)會有問題？一連串的問題讓診斷工作陷入僵局。

在上述問題中比較容易入手的是電池管理系統(tǒng)。于是，又重新回到第1步，點開車載觸摸屏查看電池管理系統(tǒng)BMS狀態(tài)信息與電池模塊信息。結果有了，發(fā)現(xiàn)第7箱電池中有4組電壓為0。據此分析，由于電池管理模塊BMS檢測到電池有故障，遂向CPU發(fā)送終止發(fā)電信號，于是CPU便輸出很低的力矩信號，導致不發(fā)電。

根據先排除明顯故障的原則，于是更換有故障的4組動力電池。結果還是不發(fā)電。UMD-CM、U12-11等所有參數與以前一模一樣。那么是什么原因引起的發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器工作信號UFWD-cm只有10v呢？又是什么原因引起力矩信號U12-11偏低呢？

力矩信號比其他車的要偏小，會不會導致不發(fā)電？關于這個問題，廠家沒有明確說明，更沒有具體參數。只有靠我們積累經驗或者邏輯推理。按理說力矩信號是CPU要求\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器發(fā)多少電，信號電壓高則要求發(fā)電量大，反之則小?，F(xiàn)在偏小，頂多也應該只是導致發(fā)電量小，不應該導致不發(fā)電。因此，首先重點檢查發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器工作信號。

決定重新測量，要弄清楚FWD信號在不著車時輸出的是多少。于是KEY-ON，待高壓上電完成，測量FWD與CM電壓為20V，結果正常，證明不著車時輸出正常。于是著車，再測，此時變成了10v。為準確起見，多測幾次，且測量時間長一點，偶爾發(fā)現(xiàn)有時短暫（約1-2s）變成11-12V，而且在此時發(fā)動機聲音明顯有變沉的感覺，證明有發(fā)電。這和車載顯示屏上顯示的偶爾有發(fā)電的現(xiàn)象相吻合，那么是什么原因導致FWD信號如此不穩(wěn)定？此時，筆者利用區(qū)域切分法判斷故障。既然發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器要求發(fā)電時FWD為高電位、REV為低電位，現(xiàn)在REV已經有了低電位，如果直接給FWD一個高電位，那么發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器應該正常工作發(fā)電。將FWD端子拆掉，著車，接著測量FWD與CM端子電壓為20V，正常了。再看車載顯示屏顯示10-15A左右，果然發(fā)電了。

經過拆卸FWD端子這一步驟，將故障范圍切分為發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器與主\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器兩大塊，進一步縮小故障范圍。既然拆卸FWD端子后就發(fā)電正常，則說明發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器正常，問題在主\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器及主\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器至發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器之間的線路。況且主\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器輸出的Q1.6與Q.6正常，那么剩下的只有PLC板與FWD信號線路故障了。為了準確判斷，又裝上FWD端子線。在著車時測量BCN9-1與BCN9-4的電位，也為lov，在發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器上測量也是10v，證明線路沒問題。問題在PLC板或CPU2226至PLC板的線路。于是，檢查CPU226的Q1.6與Q0.6至MCN11-1與MCN11-6的線路，正常，遂拆掉BCN9-1腳，結果發(fā)電正常了。由上可知，故障點為PLC板。

2.3故障原因

由上述分析可知，F(xiàn)WD端子上的20V電壓在PLC板上消耗了10V。而在PLC板上與FWD端子連接的元件只有光藕PC1。光藕PC1在此處當開關使用，在這個開關上存在10v的壓降，那一定是這個開關接觸不良。那么對于PC1來說，C、E極一定存在漏電故障，導致CE極上形成一個電阻R2與發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器內部的上拉電阻R1串聯(lián)。R2與R1形成分壓電路，在R2上形成10v的\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"電壓降，導致FWD端子輸入CPU的電壓拉低至10V；正常時，由于Q0.6是低電位，PC1的CE極是開路，F(xiàn)WD端子在上拉電阻R1的作用下始終保持20V，輸入CPU的也是20V；但此時，由于光禍漏電，導致發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器的CPU識別到FWD信號電壓只有10V，所以，發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器不控制發(fā)電，導致不發(fā)電故障。

2.4故障排除

更換PLC板的光禍PC1后裝復啟動，檢查充電電流正常。著車10min后，發(fā)現(xiàn)動力電池電壓由原來的324V變?yōu)榱?50V，SOC值逐步上升。發(fā)電正常，故障徹底排除。

3維修注意事項

1）遵循高壓操作一切規(guī)則。如：要觸碰高壓時先斷高壓，待20min后高壓電放完了再開始作業(yè)。

2）測量各種信號時要用萬用表而不能用試燈，特別是大功率的試燈，因為EM232，CPU226等的輸出端子都不具備帶負載能力，如果用試燈則有可能損壞模塊。萬一要用，也只能用LED試燈。

3）此款\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"混合動力車配合發(fā)動機型號為\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"康明斯ISDE185，此發(fā)動機出廠設定標準怠速為650r/min，用在該車上將怠速重新標定為750r/min，以便輔助發(fā)電開啟時發(fā)動機運轉平穩(wěn)；同時，主控制器設定只有當檢測到發(fā)動機怠速為750r/min時才輸出發(fā)電信號。如果更換