江淮純電動汽車iEV5技術解析與故障分析

盧強，周革

（1.江淮汽車乘用車營銷公司，安徽合肥 230601；2.國家汽車零部件產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗中心）

江淮純電動汽車iEV5技術解析與故障分析

盧強1，周革2

（1.江淮汽車乘用車營銷公司，安徽合肥 230601；2.國家汽車零部件產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗中心）

從江淮純電動汽車iEV5產(chǎn)品技術結構與電驅動系統(tǒng)工作原理出發(fā)，結合市場故障案例，進行技術解析與故障分析，供市場維護人員參考。

江淮純電動汽車iEV5；三元鋰電池；驅動電機；電機控制器；整車控制器

近年來，新能源汽車是緩解環(huán)境壓力、提升節(jié)能減排的重要發(fā)展趨勢之一［1］，其中純電動汽車是新能源汽車的成熟技術方案。為促進客戶與市場維修人員掌握必要的純電動汽車故障識別與快速處理方法，本文就江淮純電動汽車iEV5的技術結構與典型故障案例進行分析。

1 iEV5整車結構與電驅動技術解析

江淮純電動汽車iEV5采用三元鋰電池、電池熱管理、整車控制器、能量回收、遠程監(jiān)控等技術，具有智能化特點，是集電池動力、智能互聯(lián)、安全e控的智能終端［2］。整車外觀與前艙布置見圖1和圖2。

江淮純電動汽車iEV5關鍵電驅動系統(tǒng)各總成的結構與主要功能介紹如下。

1.1 動力電池

采用三元鋰電池，是整車能量儲存單元，以直流電形式直接提供到高壓供電系統(tǒng)，同時通過直流-直流轉換器（DC／DC）轉換為13～15V電壓，為低壓系統(tǒng)供電。動力電池結構見圖3［3］。

1.2 電池切斷單元（BDU）

圖1 江淮純電動汽車iEV5整車外觀指示圖

BDU安裝在動力電池總成前端中部，如圖4所示。包括主接觸器、預充接觸器、加熱接觸器、加熱熔斷絲、電流傳感器和預充電阻等。主接觸器控制動力電池總成到整車的高壓電路通斷；預充接觸器防止高壓回路在鑰匙啟動瞬間出現(xiàn)大電流；加熱接觸器控制風扇蒸發(fā)器總成加熱器通斷；電流傳感器測量高壓電路電流，由整車控制器（VCU）計算電池容量。

1.3 電池控制器（LBC）

LBC安裝于動力電池總成內部，是電池管理系統(tǒng)核心部件，如圖5所示。LBC監(jiān)測電池單體電壓、電流、溫度及整車高壓絕緣等信息至VCU，VCU根據(jù)以上信息控制動力電池總成充放電，LBC診斷信息如表1所示。

圖2 江淮純電動汽車iEV5前艙布置圖

圖3 動力電池結構示意圖

圖4 動力電池切斷單元結構圖

1.4 高壓接線盒

高壓接線盒內部分為兩層，上層為熔斷絲，下層為繼電器。有6個高壓線纜接口，通過4個安裝點固定在車載充電機上。如果需更換熔斷絲，只需打開高壓接線盒上蓋即可操作，如果需更換繼電器，需拆下熔斷絲層絕緣板。

圖5 動力電池控制器LBC布置圖

表1 LBC診斷信息——動力電池系統(tǒng)

其功能包括動力電池總成電能分配，電加熱器與直流充電回路通斷控制，空調系統(tǒng)、直流充電、交流充電、電機控制等回路過載保護。

1.5 驅動電機

采用永磁同步電機。永磁鐵被鑲入轉子中，電機旋變被同軸安裝在電機上，用來檢測轉子旋轉的角度。當三相交流電被通入到定子線圈中，即產(chǎn)生了旋轉的磁場，這個旋轉的磁場牽引轉子內部的永磁體，產(chǎn)生和旋轉磁場同步的旋轉扭矩。使用旋轉變壓器檢測轉子的位置和電流傳感器檢測線圈的電流，從而控制驅動電機的扭矩輸出。結構示意如圖6所示。

驅動電機與外部的電氣接口包括高壓電部分、低壓部分和通信接口3部分［4］。

1）高壓部分P——電機控制器直流正端；N——電機控制器直流負端；A（U）——電機A相（U）；B（V）——電機B相（V）；C（W）——電機C相（W）。

2）低壓部分配置2個低壓接插件，23Pin和14Pin接插件；23Pin完成電機控制器（PCU）、DCDC與整車之間的通信及控制，14Pin完成PCU與電機之間的通信，并檢測電機實時溫度，防止電機在過溫下工作。

圖6 驅動電機結構示意圖

1.6 電機控制器（PCU）

安裝在前艙內，采用CAN通信控制，通過接收VCU發(fā)送來的轉矩指令和采集的電機位置信號，控制驅動電機的運行。軟件控制是電機控制器的核心，采用矢量控制算法控制PWM斬波信號輸出，依據(jù)電機外特性曲線圖實現(xiàn)轉矩限制輸出，依據(jù)電流及轉子位置信號的采樣并經(jīng)濾波處理實現(xiàn)電機正反轉和扭矩控制，如圖7所示。

圖7 PCU控制策略示意圖

PCU將電池的直流電轉換為交流電，并采集電機位置信號和三相電流檢測信號，精確地驅動電機，同時具備將車輪旋轉的動能轉換為電能給動力電池充電，在減速階段，電機作為發(fā)電機應用。

1）電機電動狀態(tài)控制電動狀態(tài)下，為了產(chǎn)生驅動力，VCU根據(jù)目標扭矩信號要求電機控制器傳送交流電給電機，以達到驅動車輛的運行。

2）電機發(fā)電狀態(tài)控制在制動能量回收階段，根據(jù)VCU通過整車CAN發(fā)送的再生轉矩請求，電機控制器控制電機作為發(fā)電機的功能，由車輪旋轉產(chǎn)生動能轉換為電能。此電能為電池充電。電機產(chǎn)生的再生轉矩被作為制動力，能夠減少制動鉗的壓力。

1.7 整車控制器（VCU）

接收各部件信息，綜合判斷整車狀態(tài)，實現(xiàn)多系統(tǒng)的協(xié)調控制，VCU通過CAN通信將控制信號傳輸給電動化儀表。

1）當點火鑰匙置于ON擋，喚醒VCU，VCU控制M／C繼電器給電機控制器和電池控制器供電，VCU通過CAN通信發(fā)送相關控制命令完成整車系統(tǒng)啟動。

2）整車控制器接收到上電開關、直流充電樁、車載充電機或遠程智能終端的喚醒信號后，直接控制高壓繼電器吸合或斷開，完成高壓系統(tǒng)接通或斷開。

3）VCU基于加速踏板位置信號、擋位信號和車速信號計算車輛的目標轉矩，并通過CAN通信發(fā)送轉矩需求指令給PCU。

4）車輛在滑行或制動時，VCU根據(jù)ABS狀態(tài)、動力電池狀態(tài)和制動踏板位置信號，計算能量回收轉矩并發(fā)送指令給電機控制器，啟動能量回收。

5）車輛行駛狀態(tài)下，VCU根據(jù)電機溫度、PCU溫度、IGBT溫度、冷卻液溫度和車速信號，發(fā)送PWM信號控制電子冷卻水泵轉速。在車輛交流充電狀態(tài)下，VCU根據(jù)冷卻液溫度和車載充電機溫度，發(fā)送PWM信號控制電子冷卻水泵轉速。在車輛直流充電狀態(tài)下，VCU根據(jù)冷卻液溫度，發(fā)送PWM信號控制電子冷卻水泵轉速。

6）車輛發(fā)生碰撞或嚴重故障（絕緣故障、動力電池過溫／過壓、動力電機過流／過溫等）時，VCU切斷高壓回路上的繼電器，確保人員安全。

1.8車輛儀表

顯示用戶最關心的車輛信息，如圖8所示。

圖8 江淮純電動汽車iEV5儀表信息指示圖

主要涉及駕駛與維修提示的儀表故障燈指示含義舉例如下。

2 江淮純電動汽車iEV5市場典型故障分析

2.1車輛無法行駛故障排除

故障現(xiàn)象一輛江淮HEC7001AiEV純電動汽車iEV5，行駛里程3400 km，客戶反饋組合儀表故障燈常亮，動力中斷，車輛無法進入可行駛狀態(tài)。

故障排除插接整車診斷口，將控制器上電，讀取上位機監(jiān)測數(shù)據(jù)，存在DTC178，指示CAN通信故障。檢查PCU低壓控制接插件內CAN-H、CAN-L兩針腳，確定整車CAN終端電阻的阻值為60Ω，但無法確定PCU內部CAN終端電阻有無故障。所以，根據(jù)電動汽車維修規(guī)程，首先斷開電池維修開關，維修開關位于動力電池總成中間表面位置，打開中央通道末端地毯蓋板下方的維修開關蓋板，操作維修開關，如圖9所示。切斷整車高壓，再拔掉正負母線接頭，拆下電機控制器PCU的接線盒蓋，然后拆下三相線，拔掉低壓插接件，移除DC／DC搭鐵，再用水管卡鉗拆下進出水管，最后拆卸PCU控制器4個固定螺栓，這樣完全拆卸電機控制器PCU，進行車下檢查。上述拆解步驟見圖10～圖12。

圖9 江淮純電動汽車iEV5維修開關

圖10 拆卸電機控制器接線盒

圖11 卸下PCU低壓接線

圖12車下檢查電機控制器

進一步對PCU內部進行檢查，發(fā)現(xiàn)DC／DC損壞（圖13）。更換PCU控制器后重新裝車試車，故障排除。

故障總結江淮純電動汽車iEV5整車采用CAN通信，其CAN通信拓展如圖14所示。驅動電機控制器PCU內部集成DC／DC模塊，其功能是將電池的高壓電轉換成低壓電，提供整車低壓系統(tǒng)供電。

圖13 PCU總成內部元件損壞

圖14 江淮純電動汽車iEV5整車CAN通信拓展圖

2.2車輛無法提速故障排除

故障現(xiàn)象一輛HEC7001AiEV江淮純電動汽車iEV5，行駛里程約12400km，車主電話報修反映組合儀表上存在提示語“限功率模式”，車輛最高車速限制在40 km／h，無法正常提速。

故障排除根據(jù)故障現(xiàn)象，判斷該車進入了跛行模式。查閱維修手冊，得知電機故障燈點亮、提示“限功率模式”時，可能故障點為：IGBT過溫，電池單體溫度過高。

利用上位機監(jiān)控檢測診斷軟件發(fā)現(xiàn)車輛IGBT溫度高于85℃，顯示故障碼為P301E。首先檢查前艙的冷卻水箱內冷卻液液位，正常。再進一步檢查PCU控制器本身內部水道有無堵塞不暢，拔出PCU上的冷卻液進水管和出水管，利用風槍對著吹風，觀察另一端的出風情況，也正常。最后檢查水泵，發(fā)現(xiàn)水泵不工作，導致冷卻系統(tǒng)不循環(huán)，無法給予控制器降溫，導致PCU過溫，車輛限功率。查閱資料得知，水泵工作需要的條件有2個：①VCU給予的轉速信號；②12V的低壓供電，M／C繼電器由VCU控制，為PCU、LBC、冷卻風扇、電子冷卻水泵及電池風扇供電。

所以重點檢查水泵繼電器和M／C繼電器，在鑰匙ON狀態(tài)下，測量到水泵低壓接插件沒有12V供電，因為水泵繼電器和日間行車燈繼電器可以通用，把前艙繼電器盒中的日間行車燈繼電器與水泵繼電器對調，確認故障點為繼電器燒毀失效。更換新的繼電器，試車，故障排除。水泵繼電器檢查與更換如圖15所示。

故障總結江淮純電動汽車iEV5驅動電機控制器采用水冷模式，PCU通過冷卻液水循環(huán)降溫，VCU轉速信號根據(jù)冷卻液的水溫來自動調節(jié)水泵轉速，轉速信號從上位機監(jiān)控檢測診斷軟件確認。一旦檢測到PCU內的IGBT溫度超過85℃，車輛就會進入限功率模式，正常情況下鑰匙打到ON擋水泵就會處于工作狀態(tài)，如果水泵不工作可以通過測量水泵低壓插件確認12V是否正常，如果有12V輸入但水泵仍然不工作，一般處理方法為更換水泵總成。

Technology Analysis and Troubleshooting of JAC Pure Electric Vehicle iEV5

LU Qiang1，ZHOU Ge2
（1.Jianghuai Automobile Co.，Ltd.，Hefei 230601，China；2.National Auto Parts Product Quality Supervision and Inspection Center）

Based on technology structure of JAC iEV5 and working principal of electric-driven system，the paper conducts technology analysis and troubleshooting with real fault cases in the market，which provide valuable reference for maintenance staff.

JAC pure electric vehicle iEV5；Li（NiCoMn）O2battery；driving motor；engine motor；body control module

U469.72

B

1003－8639（2016）08－0014－04

2016-01-17；

2016-03-01

盧強（1971-），男，從事市場技術支持與產(chǎn)品技術類課程開發(fā)工作。