奔馳純電旗艦車型EQS技術(shù)特點及典型故障4例(上)

◆文/河南 劉勤中

奔馳純電車型EQS(車型代號247)是奔馳基于純電平臺EVA開發(fā)的首款車型，完全擺脫了此前給人的“油改電”印象，是繼EQC、EQA、EQB之后，奔馳EQ產(chǎn)品和技術(shù)品牌的第四款純電動車型，定位于電動豪華轎車旗艦車型。

奔馳EQS基于新的純電EVA平臺，將提供多種動力系統(tǒng)選項。基礎(chǔ)版EQS450為后輪驅(qū)動，永磁同步電機最大功率為245kW，最大扭矩為568N.m，100km綜合電耗為19.1~16.0kWh；EQS5804MATIC則采用前后雙永磁同步電機，后電機最大功率為255kW，前電機最大功率為135kW，總功率輸出達(dá)到385kW，總扭矩為855N.m，100km綜合電耗為20.0~16.9kWh。另外，EQS還計劃推出560kW的AMG版本車型。圖1為EQS高壓部件分布圖。

圖1 奔馳EQS車系高壓部件分布圖

EQS使用的是NCM811鋰離子電池(陰極活性材料由鎳、鈷和錳組成，比例為8∶1∶1)，可以由10個模塊組成總電量為90kWh的電池包，也可以由12個模塊組成108kWh的電池包，整體電壓為396V(圖2)。在WLTP測試循環(huán)下，EQS搭載108kWh電池車型的續(xù)航里程達(dá)到770km，90kWh的續(xù)航里程超過640km。

圖2 奔馳EQS車系高壓蓄電池結(jié)構(gòu)圖

EQS電池組有一個液體熱管理系統(tǒng)，底部有一個冷卻板(冷卻液流經(jīng)電池架鋁型材的腔體)和一個集成在冷卻電路中的PTC輔助加熱器。電池組可以在行駛前或行駛時預(yù)熱或冷卻，以達(dá)到快速充電的最佳溫度窗口。

在充電方面，奔馳EQS基于400V高壓電池系統(tǒng)，在110kW直流充電模式中，可在48min內(nèi)將電量由10%補充至80%；在145kW直流充電模式中，最快可在37min內(nèi)將電量由10%補充至80%；交流充電時，最大功率為7kW。

奔馳EQS整車動力系統(tǒng)布局如圖3所示。電驅(qū)動單元為緊湊型裝置，包括：電機、電力電子裝置、帶機油泵的變速器和熱交換器。在后軸上安裝一個駐車止動爪，在4MATIC車型中，前部驅(qū)動單元支持電動制冷劑壓縮機并提供電能。從技術(shù)角度來說，奔馳EQS的驅(qū)動電機根據(jù)三相永磁同步電機勵磁的原理，而采用了內(nèi)轉(zhuǎn)子設(shè)計。變速器僅具有一個固定傳動比的齒輪。在兩個傳動系統(tǒng)中，變速器安裝在電機右側(cè)(從行駛方向觀察)。由于電機自身的特征，不需要使用離合器，只要電機和促動器連接(能量回收)，驅(qū)動電機就會運轉(zhuǎn)，與行駛方向無關(guān)。在減速和制動模式中，機械旋轉(zhuǎn)運動會轉(zhuǎn)化為電能為高壓蓄電池充電。

圖3 奔馳EQS車系整車動力系統(tǒng)布局

電力電子裝置集成在驅(qū)動系統(tǒng)中，并直接連接至高壓蓄電池模塊和冷卻液回路，其任務(wù)包括：向電機供電、控制電機、向電動制冷壓縮機供電(僅適用于4MATIC車型)、監(jiān)測電機的溫度和位置、為傳動系統(tǒng)控制單元創(chuàng)建可用扭矩的診斷和預(yù)測。

為了實現(xiàn)對電機的操控，電力電子裝置中的交流/直流轉(zhuǎn)換器將高壓蓄電池的直流電壓轉(zhuǎn)換為3相交流電壓，同時監(jiān)控并記錄電機的轉(zhuǎn)速和溫度。在超速運轉(zhuǎn)模式下，如果電機作為發(fā)電機工作，則電力電子裝置將感應(yīng)的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，并為高壓車載電氣系統(tǒng)進(jìn)行充電。

奔馳EQS采用了一套非常先進(jìn)的電機冷卻系統(tǒng)。轉(zhuǎn)子軸上的水槍用來冷卻轉(zhuǎn)子，冷卻回路可冷卻其他元件，如定子肋、逆變器的針形針翅結(jié)構(gòu)和變速器油冷卻器等。這套冷卻系統(tǒng)能讓電機具有高負(fù)載能力，即使在多次加速后仍能確保驅(qū)動系統(tǒng)的性能始終如一。

另外，奔馳EQS還具有以下技術(shù)特點：

?采用奔馳新一代EE架構(gòu)和STAR3，該架構(gòu)采用層級結(jié)構(gòu)，其核心是以太網(wǎng)主干網(wǎng)；

?可選裝帶部分自動化功能的駕駛輔助系統(tǒng)(FAP5.0)或帶高度自動化行駛功能的DRIVE PILOT(SA)(2022年)；

?標(biāo)配靜態(tài)LED高性能大燈，可選裝已在新款S級中使用的新型照明系統(tǒng)DIGITAL LIGHT；

?標(biāo)配后軸較小轉(zhuǎn)向角的機電轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，可選裝后軸帶較大轉(zhuǎn)向角的機電轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；

?空調(diào)系統(tǒng)采用高壓正溫度系數(shù)(PTC)加熱器(車內(nèi))和新HEPA過濾技術(shù)；

?采用舒適性更高、安全性更強和物料種類更佳的新型座椅；

?標(biāo)配隱藏式車外門把手，可選裝電動舒適性車門；

?通過局部互鎖系統(tǒng)提高高壓安全性，同時為故障診斷提供方便；

?通過車身區(qū)域電機和減振材料的獨特安裝理念實現(xiàn)獨具舒適性的NVH。

下面分享4個典型故障案例，幫助讀者進(jìn)一步了解奔馳EQS的技術(shù)特點和診斷策略。

故障12022款奔馳EQS450+提示“輔助蓄電池故障”

故障現(xiàn)象

一輛2022款奔馳EQS450+，搭載780600型電機，VIN碼為W1K2971231A00＊＊＊＊，行駛里程為1289km。該車儀表臺上出現(xiàn)“輔助蓄電池故障”的白色文字提示信息。

故障診斷與排除

連接奔馳專用診斷儀進(jìn)行快速測試，發(fā)現(xiàn)在N73/3電子點火開關(guān)控制單元中設(shè)置有當(dāng)前狀態(tài)的故障碼：B11C118-附加蓄電池存在功能故障，低于電流極限值。

奔馳EQS除位于前機艙內(nèi)裝有12V車載電氣系統(tǒng)蓄電池G1以外，在后排座椅坐墊左側(cè)還裝有一個12V的附加蓄電池G1/2。蓄電池G1/2及相關(guān)部件的位置如圖4所示。

圖4 故障車型附加蓄電池G1/2位置圖

附加蓄電池G1/2的作用是，當(dāng)12V車載電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障，蓄電池電壓過低時為點火開關(guān)控制單元N73/3提供備用電源(30b)，由N73/3促動后部電驅(qū)動單元內(nèi)部集成的駐車止動爪，讓擋位緊急回到P擋，通過機械方式固定車輛，以防繼續(xù)滑行。

另外，對于在中國市場銷售的混合動力車輛和電動車輛(中國版代碼為830)，因為法規(guī)要求通過RTM系統(tǒng)上傳車輛的運行數(shù)據(jù)至云端服務(wù)器，當(dāng)12V車載電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障，蓄電池電壓過低時，附加蓄電池G1/2通過N178附加蓄電池管理控制單元(也叫失竊車輛追蹤能源管理控制單元)為N112/2遠(yuǎn)程信息處理服務(wù)通信模塊提供應(yīng)急供電，可確保N112/2繼續(xù)工作持續(xù)10min，以便上傳車輛數(shù)據(jù)，包括車輛位置信息及求助信息等。N178附加蓄電池管理控制單元負(fù)責(zé)對附加蓄電池G1/2的電壓進(jìn)行監(jiān)控，如果12V車載電氣系統(tǒng)中的電壓降至8V以下，附加蓄電池管理控制單元N178控制應(yīng)急供電功能的啟用。如果12V車載電氣系統(tǒng)中的電壓超過9V，則切換回正常供電。相關(guān)模塊的電路圖如圖5所示，后部電驅(qū)動單元N147的部件位置如圖6所示。

圖5 附加蓄電池G1/2電路圖

圖6 后部電驅(qū)動單元N147位置圖

查看N73/3的實際值，結(jié)果沒有找到附加蓄電池電壓(30b)的實際值。拆下后排座椅坐墊檢查，發(fā)現(xiàn)附加蓄電池G1/2的正極導(dǎo)線布線不合理，應(yīng)該從坐墊支架的下方布線，卻繞到了坐墊支架的外側(cè)，結(jié)果被擠壓到坐墊金屬支架與門檻飾板之間，絕緣層已破損，對地短路，正極導(dǎo)線已發(fā)熱變形(圖7)。

圖7 故障車上破損的附件蓄電池線束

檢查附加蓄電池G1/2的電壓，只有1.5V，殼體也明顯膨脹變形。因為短路點位于F96附加蓄電池熔絲盒上7.5A熔絲的上游，因此，該熔絲沒有熔斷。

更換因過度放電而損壞的附加蓄電池G1/2以及損壞的線路，并重新進(jìn)行正確布線后，該車故障被徹底排除。

維修小結(jié)

電源線的布線時需要避免擠壓或與尖銳部件干涉摩擦，避免絕緣失效，出現(xiàn)短路故障，嚴(yán)重的話可能出現(xiàn)發(fā)熱起火。

故障22022款奔馳EQS450+高壓系統(tǒng)報警

故障現(xiàn)象

一輛2022款奔馳EQS450+轎車，搭載780600型電機，VIN碼為W1K2971231A00＊＊＊＊，行駛里程為3963km，該車啟動后，儀表臺上出現(xiàn)白色的高壓蓄電池圖標(biāo)和“檢查高壓系統(tǒng)，參見用戶手冊”的提示信息。

故障診斷與排除

接車后，首先進(jìn)行功能檢查，發(fā)現(xiàn)故障車為后驅(qū)車型，可以正常啟動和行駛，行駛中能量回收功能和加速性能未見異常；測試直流和交流充電功能也都正常。連接奔馳專用診斷儀進(jìn)行快速測試，發(fā)現(xiàn)后部電驅(qū)動單元的電力電子裝置控制單元N147中設(shè)置有故障碼：P0EED00-車載高壓電氣系統(tǒng)主動放電功能故障(故障頻率計數(shù)45次)；P13F8FB-系統(tǒng)關(guān)閉無法執(zhí)行(故障頻率計數(shù)1次)。

故障碼P0EED00中涉及的主動放電功能是指，在發(fā)生事故時，不論是正面碰撞、側(cè)面碰撞、后向碰撞，還是傾翻，電力線和部件可能會損壞，為避免短路引起的火災(zāi)危險，車輛上設(shè)置了燃爆熔絲F63，由輔助防護系統(tǒng)控制單元N2/5對其進(jìn)行引爆，以斷開控制端子線路(電路30c)，這樣便可立刻關(guān)閉相應(yīng)的系統(tǒng)，使各個高壓組件切換至安全的初始狀態(tài)。例如：高壓蓄電池A100在通過車載網(wǎng)絡(luò)收到碰撞信號和/或電路30c斷開的信號后，會立刻斷開內(nèi)部接觸器，停止對外輸出高壓電。

此外，當(dāng)直流充電器N116/5、交流充電器N83以及DC/DC轉(zhuǎn)換器控制單元N83/1，收到傳動系統(tǒng)控制單元N127(后電機N147，前電機N147/4)發(fā)出的碰撞事件信號和/或電路30c斷開的信號后，則會立刻對其內(nèi)部的高壓中間回路的電容器啟用放電操作；電力電子控制單元檢查高壓中間回路中的電壓值，并在低于最小值時完全放電。如果該狀態(tài)信號出現(xiàn)故障，則傳動系統(tǒng)控制單元N127在內(nèi)部將中間回路放電的狀態(tài)設(shè)置為替代值。成功停用高壓車載電氣系統(tǒng)之后，傳動系統(tǒng)控制單元N127將傳動系統(tǒng)的狀態(tài)設(shè)置為“不運行”，并通過網(wǎng)絡(luò)傳送該狀態(tài)，而不再向駕駛員顯示傳動系統(tǒng)運行的信息。后部電驅(qū)動單元的電力電子裝置控制單元N147相關(guān)電路如圖8所示。

圖8 后部電驅(qū)動單元電力電子裝置控制單元N147電路

根據(jù)故障碼和系統(tǒng)工作原理，并結(jié)合故障現(xiàn)象分析，導(dǎo)致該車故障的可能原因有：N147軟件故障；N147電氣故障。

嘗試對后部電驅(qū)動單元的電力電子裝置控制單元N147進(jìn)行軟件升級，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)新軟件；執(zhí)行N147的SCN設(shè)碼，故障依舊；對N147執(zhí)行控制單元復(fù)位后，再次進(jìn)行快速測試，結(jié)果只剩下一個故障碼P13F8FB(系統(tǒng)關(guān)閉無法執(zhí)行)。

根據(jù)診斷儀上的診斷軟件，對故障碼P13F8FB執(zhí)行引導(dǎo)測試，結(jié)果顯示故障原因為后軸傳動系統(tǒng)故障。嘗試執(zhí)行高壓系統(tǒng)的停用和激活操作，顯示操作成功，但故障碼和故障現(xiàn)象仍然存在。嘗試對整車進(jìn)行長時間斷電處理和鎖車休眠處理，結(jié)果未見任何變化，故障依舊。檢查后部電驅(qū)動單元及電力電子裝置控制單元N147的外觀，未發(fā)現(xiàn)碰撞、腐蝕等異常情況；檢查電氣插頭也沒有發(fā)現(xiàn)腐蝕或插針?biāo)蓵绲犬惓Ｇ闆r。

綜合上述檢查測試分析，該車故障原因是電力電子裝置控制單元N147內(nèi)部的主動放電功能模塊存在電氣故障，在系統(tǒng)自診斷時發(fā)現(xiàn)異常，從而在儀表臺上顯示故障提示信息。

由于后部電驅(qū)動單元的電力電子裝置控制單元N147不能單獨供貨，只好訂購后部電驅(qū)動單元總成。更換后部電驅(qū)動單元總成后試車，該車故障被徹底排除。

維修小結(jié)

本案例中，在更換后部電驅(qū)動單元時應(yīng)注意以下幾點：

1.安裝新的電驅(qū)動單元后，必須單獨對新更換的電驅(qū)動單元進(jìn)行“試運行已安裝的控制單元”的操作，并確保成功，否則電機將無法運轉(zhuǎn)。因為電驅(qū)動單元相當(dāng)于燃油車的發(fā)動機控制單元，屬于防盜部件，不完成駕駛授權(quán)就無法進(jìn)行運行。另外，路試時，必須要通過主機顯示屏，確認(rèn)前后驅(qū)動電機都可以正常工作。

2.因為電驅(qū)動單元相當(dāng)于燃油車的發(fā)動機，按照法規(guī)要求，更換電驅(qū)動單元時還需要訂購打印有新的驅(qū)動電機序列號的標(biāo)簽，并張貼到車輛指定位置，還要及時到車管所申請信息變更。

3.必須嚴(yán)格執(zhí)行排放和抽真空步驟，以便添加防凍液。如果排空不徹底，即使只是短距離行駛也可能導(dǎo)致電機因為散熱不良，而出現(xiàn)高溫?fù)p壞的情況。

4.必須使用工業(yè)純凈水與原廠冷卻液進(jìn)行混合，否則可能導(dǎo)致高壓部件內(nèi)部腐蝕，引發(fā)泄漏或絕緣故障。