【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

五洲龙混合动力客车动力电池辅助充电系统。配备11 kW发电机，以发动机为动力源发电，补充动力电池(图1锂电池箱串联的电池)。当动力电池运行不足时，11 kW发电机在辅助充电系统的控制下自动发电，以提高动力电池的存储容量(SOC值)。当动力电池电量损失较多时，驾驶员或维修服务人员可在车载触摸屏上手动输入强制发电指令，使11 kW发电机强制发电，从而快速提高SOC值。当汽车的辅助充电系统正常工作时，可以保证动力电池不插电(在充电柜上充电)不掉电。但当系统出现故障时，动力电池要么过充，要么失去动力，导致车辆无法正常行驶。

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