五洲龍混合電動大客車無法啟動

◆文/廣東　汪學森　汪貴行

五洲龍混合電動大客車無法啟動

◆文/廣東汪學森汪貴行

故障現象

有一輛深圳市五洲龍汽車公司研制的混合電動大客車出現一種奇特的故障：駕駛員正常掛擋起步時車輛不能行駛，駕駛員只得將擋位推回到空擋，重復試了幾次車輛仍無法起步，嘗試踩油門踏板車輛依然不能起步，但在空擋時踩油門踏板發動機能隨之變化，車輛只得拖回車間修理。

故障診斷與排除

1.車載顯示屏出現故障碼“1”的過電流故障

這款混合電動大客車最初使用鉛酸蓄電池加超級電容作動力電源，現使用九組磷酸亞鐵鋰電池，直流工作電壓為335V，采用大連生產的55kW三相變頻調速驅動電機，其核心部件車載主變頻器，是由該公司自行研發的。我們從資料和使用常識知道，該車在起步或低速行駛時采用的是純電動模式，即由動力電池向主驅動電機供電，輸出機械動力推動車輛起步與行駛。

該車輛出現不能起步故障應是在電機驅動系統，此時電控離合器處于分離狀態，與發動機是否有動力輸出是沒有關系的。排除此故障應集中考慮與主驅動電機相關連的電路系統，如動力電池蓄電能力下降電壓不足、主驅動電機本體漏電短路或缺相、主變頻器出現硬故障等原因，可能涉及的電路包括有高壓及低壓等較復雜的電路。

（1）故障碼“1”提示應查找過電流故障

重新啟動發動機，空擋時加油發動機提速順暢，將變速桿分別掛入R、N、D擋，車載顯示屏顯示擋位切換正常，顯示屏也沒有出現任何故障碼，顯示車輛的高壓電源為330V，雖比電池的標稱350V電壓稍低，仍屬正常范圍。檢查低壓蓄電池電壓亦屬正常，但當換擋手柄掛入R、D擋時，車輛確實不能起步，略等數秒鐘后，車載顯示屏上出現故障碼“1”的提示如圖1所示，這時動力電池實際的輸出電流只為0。分析上述情況，初步說明該車的動力電源系統正常，造成本車輛不能起步和行駛的故障，應屬于其電控系統不正常而引起的。（2）過電流保護與主變頻器的基本電路分析

故障碼“1”說明高壓電源供給系統，出現了“過電流”故障。在該車的電路系統中，主要是指高壓電池輸出了過大的電流，或是主變頻器輸出過大的電流，兩者均起保護作用。前者是指直流電流，用以保護價值昂貴的動力電池不致輸出過大的電流而損壞，而后者是指交流電流，則是避免主變頻器向三相交流主驅動電機輸出過大的電流，用以保護主變頻器不會過載損壞。

混合動力車輛除了配置常規柴油發動機的動力裝置外，還增加一套高壓電源電機驅動系統。車輛起步和低速時由動力電池提供電能，經主變頻器將電池的直流電，轉換為三相交流電供給主驅動電機，以產生動能驅動車輛行駛；當車速到達20km/h以上時，電控離合器結合，發動機的動力參與驅動，與電機組合共同傳遞動力輸出。其基本結構包括有柴油機、驅動電機、動力電池、主變頻器等等。其中核心部件由主變頻器控制，所以此處將主變頻器整體結構原理作簡要介紹。圖2表示混合電動大客車的動力系統及電流互感器位置。

變頻器主要包括三部分電路：高低壓控制電路、程控電路、信號部分電路。高低壓控制電路主要由動力電池、儲能電容、直流接觸器、IGBT三相橋等部件組成；程控部分主要由驅動板、程控板、CPU226核心模塊、EM235模塊等組成；信號電路部分主要由電流傳感器、PLC板和排線等，圖3描述了主變頻器的電路結構示意圖。

圖3中IS1/IS2/IS3/IS4是霍爾式電流互感器，其中IS1是直流電流互感器，用于檢測高壓動力電池輸出的直流負載電流，IS2/ IS3/IS4則是檢測主變頻器輸出到主驅動電機U、V、W三相的相電流的交流電流互感器。圖3有5根粗排線線束，分別用于電流互感器與程控板和PLC板的連接共4根線束，以及一根用于CPU226電腦模塊與EM235模塊間的數據傳輸。

（3）程控板的電路分析

程控板里寫有程序，其是驅動板的“指揮員”，而驅動板作為IGBT三相橋的前級電路，控制IGBT適時適度地工作，為IGBT模塊提供驅動信號。圖3中的PLC控制板，主要起功率放大的作用。

①程控板FWD端電壓信號分析：在PLC板的MCN1L/5端與PCN10/5端之間實為一個反相器，兩端子電壓呈相反的關系，當發動機著車但沒有掛擋不加油時，CPU226的Q0.7端即MCN1L/5端子為0，程控板的FWD端子則為20V；當踩下油門踏板加油時，Q0.7端子轉換為高電位，程控板的FWD端子則為0，這時程控板處于準備運行狀態。

②程控板動力信號電路分析：當發動機著車掛擋但不加速時，由電子油門踏板位置傳感信號，使得EM235模塊的V0與M0不輸出信號電壓，加油時才輸出信號電壓，前進擋時輸出正信號，倒擋輸出負信號。信號電壓在正負10V之間，隨油門開度的加大而電壓加大。

2.高壓控制系統“過電流”故障

所謂“過電流”就是混合動力車輛，動力電池輸出或輸入的直流電流過大，或是主變頻器至主驅動電機間的交流電流，超過了其允許輸出的最大電流，經電腦CPU226識別后，通過CAN線向車上顯示屏發送報警信號，因此顯示屏出現“過電流故障碼1”，警示駕駛員應立即停車檢查維修。如果駕駛員繼續行駛，電腦這時車輛實施保護性措施，會發出終止輸出動力信號，強行命令停車，即不允許車輛起步或行駛，避免動力電池或主變頻器IGBT或主驅動電機的故障進一步擴大。但本車這種過電流故障究竟是屬于前者造成的，還是后者造成的？仍有待進一步鑒別。

（1）動力電池蓄電性能下降，出現“過電流故障碼1”

動力電池蓄電性能下降，也會造成直流電流過大，出現“過電流故障碼1”。混合動力車輛在制動時，有能量再生功能，即在高速制動轉為低速過程中，主驅動電機立即會由電動機運行轉為發電機運行狀態，經變頻器的IGBT三相橋模組整流給動力電池充電。在車輛輕度制動時，瞬間充電電流可達150A左右，中度制動可達300A左右。如果這時動力電池性能下降，其端電壓會迅速上升，造成瞬時過充電電流超過300A以上，高壓單體電池組的電壓可迅速上升超過3.6V時，從而會出現過電流的故障碼“1”。

為判斷動力電池性能是否下降，我們通過點擊車載顯示屏上的查詢自診系統，查看到動力電池的單體電壓為3.25～3.36V之間，說明動力電池性能良好，確認過電流故障不是因動力電池組性能下降的故障造成的，如圖4所示，動力電池的單體電壓均在正常值。再檢測55KW主驅動電機三相繞組的直流電阻及漏電狀況正常，也不存在電機斷路缺相情況，拆下變頻器室的檢修蓋板，檢查變頻器的UVW三相動力線接頭等絕緣情況也是完好無損。

（2）動力電池高壓直流電流信號的分析

此車使用的均為霍爾式電流互感器，它與普通的每感器不同，需要輸入一定的工作電壓，才能反映出所檢測的工作電流值。霍爾式電流互感器上共有4條線：+15V、-15V、0搭鐵線和傳感信號線。PLC板為IS1提供±15V工作電壓，當高壓蓄電池正極電路上有電流輸出時，IS1互感器信號電壓輸出至PLC板，見圖3中PLC板下方的橫框，橫框中多了一條屏蔽隔離保護線。IS1輸出的信號經PLC板將其轉換成數字信號后，由MCN16插頭的1～4四腳，輸送至CPU226模塊的I1.0-I1.3腳端，再傳輸到EM235模塊后，經V0、M0輸出到程控板。即從V0、M0間的端電壓，可檢驗高壓直流電流信號的正確與否。圖5反映了車載主變頻器與車載顯示屏的電路皆輸送到CPU226模塊的I1.0～I1.3腳端的信號，還有兩個作用，一是用于車載顯示屏顯示高壓直流充放電的電流值；二是用作保護高壓蓄電池，當母線電流超過最大值時，CPU226憑此信號來終止輸出動力信號。圖6為動力電池的直流電流互感器。

如果這時掛擋加油，EM235模塊的V0、M0端子不輸出動力電壓信號，CPU226模塊的Q0.7端子不輸出24V高電位工作信號，程控板將不會工作，從而起停車保護的作用，保護逆變元件IGBT管不致受到過電流的沖擊而燒毀。

（3）高壓交流電流信號的電路分析

與上述直流電流信號的電路相同，程控板也為IS2/IS3/IS4霍爾式電流互感器輸送±15V的工作電壓，當IS2/IS3/IS4電流互感器檢測到三相動力線有電流通過時，從圖3可見IS2/IS3/IS4輸出信號電壓至程控板，程控板CPU接收這三個電壓信號，對其進行分析判斷，從而控制IGBT橋組的工作。

從上述分析可見，直流或交流兩路采集的高壓電流信號，均輸送到CPU226的I1.0～I1.3，模塊CPU226頗時監測這兩路電流信號是否正常，不管哪一路一旦出現故障，都會轉換為CAN信號，通過CAN線在車載顯示屏顯示故障碼，出現電流“故障碼1”的報警提示，同時也發出指令，不讓車輛起步和行駛。

（4）交流端電流互感器斷路引起“過電流”保護故障

首先，檢查4個電流傳感器工作電壓：打開點火鑰匙，讓車輛完成正常的上高壓電的過程后。測量程控板上的三個交流電流互感器的工作電壓，檢測±15V供電正常。同樣檢測PLC板輸出的±15V電壓正常。當車輛還沒有被驅動前，電流互感器的信號電壓為0也屬正常。

其次，“過電流”故障不是動力電池引起的。按維修手冊規定，通過檢測EM235的輸出Ai1與M的端電壓，以及程控板FWD端工作電壓，可判斷電流互感器IS1信號是否正常，從而判斷動力電池高壓正極線上電流是否有異常過大的故障。在車輛著車掛擋加油時，小油門時測量Ai1與M的端電壓為2.5～3.5V，且隨著油門開度而增大到接近10V；在掛擋不加油時Q0.7為0，FWD為20V；加油門時Q0.7為26.5V，FWD信號為0.3V。所測得的結果與技術參數相符。說明“過電流”故障不是由動力電池端的高壓直流互感器引起的。

最后，產生“過電流”故障是交流端的電流互感器斷路引起的。通過上述檢查，已經將故障范圍縮小到主驅動電機的交流供電部分了，具體就是主電機、程控板、電流互感器和IGBT三相轉換橋板了。檢測主電機的基本狀況良好，肉眼未發現程控板電路的異常，于是決定先檢查三個電流互感器。

拆卸電流互感器需先拆主驅動板，而驅動板上有高壓電。這里必須提出的是，根據維修規范的安全要求，維修高壓部分時要先拆掉動力電池的正負極，并切斷高壓開關，等待約15min，讓儲能電容放電完畢后才能進行維修。按規范要求依次拆下驅動板、程控板。再拔掉電流互感器的插頭，未發現有受損斷裂部位，用萬用表逐根測量，結果發現IS4的線束中的信號電壓線已經斷路，已經不能檢測該相電路的交流電流了（圖7）。W相互感器線束的信號線有短路故障

按主驅動電機三相交流電流的平衡原則，即應符合三相平衡條件：Iu+Iv+Iw=0，也就是任何時刻，二相上的電流之和必等于第三相的電流，如應符合IS2+IS3=IS4條件。若三相電流不平衡時，互感器信號不正常，則輸出數字報警信號，由程控板上的Y1～Y4端輸出至PLC板PCN12插頭的6～3腳，經CPU226的I1.0～I1.3，再轉換為CAN信號，通過CAN線在車載顯示屏顯示故障碼，出現電流“故障碼1”的報警。按維修手冊的指引，經過細致的電路分析，以及實際檢測電路，這個隱蔽的故障終于找到了，更換交流電流互感器后，本車故障得以排除。

維修小結

我們在處理混動車型的同類“過電流1”的故障時，按此電路的分析方法，順利得以排除。其中有程控板上IS2/IS3/IS4電流互感器接線焊點被腐蝕斷路，電流互感器線束內部斷線，以及±15V供電不正常等引起的故障。

（作者汪學森、汪貴行單位：深圳通達汽車培訓學校）