五洲龍混合動(dòng)力客車動(dòng)力電池輔助充電系統(tǒng)維修

五洲龍混合動(dòng)力客車動(dòng)力電池輔助充電系統(tǒng)維修五洲龍\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"混合動(dòng)力客車動(dòng)力電池輔助充電系統(tǒng)。配置一個(gè)11kW發(fā)電機(jī)，利用發(fā)動(dòng)機(jī)作動(dòng)力源發(fā)電，為動(dòng)力電池（圖1中鋰電池箱串聯(lián)部分的電池）作補(bǔ)充充電。當(dāng)動(dòng)力電池在工作中存電不足時(shí)，11kW發(fā)電機(jī)在輔助充電系統(tǒng)的控制下自動(dòng)發(fā)電，提高動(dòng)力電池的存電量（SOC值）；當(dāng)動(dòng)力電池出現(xiàn)較多的虧電時(shí)，駕駛員或維修服務(wù)人員可以在車載觸摸屏上手動(dòng)輸入強(qiáng)制發(fā)電命令，令11kW發(fā)電機(jī)強(qiáng)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(shí)，基本上不用插電（在充電柜上充電）即可確保動(dòng)力電池不會(huì)虧電。但是，該系統(tǒng)工作出現(xiàn)故障時(shí)，動(dòng)力電池要么出現(xiàn)過(guò)充電要么出現(xiàn)虧電，導(dǎo)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(duì)其結(jié)構(gòu)原理予以詳細(xì)敘述。

1結(jié)構(gòu)原理

1）11kW發(fā)電機(jī)11kW發(fā)電機(jī)是由大連天元電機(jī)公司生產(chǎn)的變頻調(diào)速三相異步電機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)如下：型號(hào)YSF146-4（FB），額定功率11kW，冷卻方式為水冷，接法為星接。此電機(jī)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(jī)輸出的三相交流電轉(zhuǎn)換成單相直流電，輸出至動(dòng)力電池組，為動(dòng)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(jī)株式會(huì)社生產(chǎn)，其功能是：①整流—將發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電整流成單相直流電；②監(jiān)測(cè)—接收光柵式旋轉(zhuǎn)編碼器（下文簡(jiǎn)稱編碼器）送來(lái)的發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)信號(hào)，隨時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)向；③降壓—將輸入的350V高壓降壓，轉(zhuǎn)變?yōu)槠鋬?nèi)部電子控制電路的電源電壓；④電源輸出—輸出＋+15V電壓，為編碼器提供工作電源；⑤報(bào)碼—通過(guò)顯示面板顯示故障碼。各主要接線端子功能：REV一反轉(zhuǎn)信號(hào)輸入；FWD一正傳信號(hào)輸入；CM一輸入信號(hào)回路；12一力矩信號(hào)輸入；11一力矩信號(hào)回路；PO-15V＋輸出；CM-15V一輸出；YA，YB一編碼器信號(hào)輸入。以上數(shù)據(jù)均為實(shí)測(cè)而來(lái)。

3）CPU226

CPU226為西門子公司生產(chǎn)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(gè)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(guò)來(lái)的“開啟輔助發(fā)電”或“停止輔助發(fā)電”的CAN指令信號(hào)，處理后輸出相應(yīng)電壓信號(hào)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(shí)，CPU226輸出力矩信號(hào)至EM232模塊，EM232模塊從V1，Mi端子輸出力矩電壓模擬信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換與連接橋梁，它將CPU輸出的發(fā)電信號(hào)通過(guò)光藕轉(zhuǎn)換后傳給發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器。啟動(dòng)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(zhuǎn)編碼器安裝在11kW發(fā)電機(jī)主軸后端，用于測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向。型號(hào)M50T200ZG5DW，輸入電壓＋15V，線色定義：紅色一＋15V，白色一搭鐵，藍(lán)色一YA，綠色一YB，黑色一屏蔽線。

6）輔助充電控制邏輯[2]當(dāng)BMS監(jiān)測(cè)到soc值低于60％時(shí)啟動(dòng)巡航發(fā)電，此時(shí)是在車輛行駛中超過(guò)40km/h時(shí)，主電機(jī)會(huì)對(duì)電池組進(jìn)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(nèi)）。當(dāng)soc值降低到55％時(shí)啟動(dòng)輔助發(fā)電，這時(shí)是由11kW的輔助發(fā)電機(jī)發(fā)電，車輛在怠速時(shí)對(duì)電池組進(jìn)行小電流充電，約15A左右。當(dāng)soc值低于50％時(shí)整車會(huì)強(qiáng)制發(fā)電，當(dāng)Soc值大于69％時(shí)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(shí)監(jiān)測(cè)電池管理系統(tǒng)BMS模塊送來(lái)的發(fā)電信號(hào)。當(dāng)BMS監(jiān)測(cè)到Soc值低于55％時(shí)，輸出發(fā)電請(qǐng)求信號(hào)至CPU2269CPU226通過(guò)PLC板控制發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器工作，讓發(fā)電機(jī)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(jī)的U、V、W三相端子；PC1、PC2為PLC板上的2個(gè)光禍；Q0.6、Q1.6分別為CPU226的2個(gè)輸出端子。CPU226內(nèi)部存儲(chǔ)有五洲龍公司寫入的相關(guān)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(fù)責(zé)輸出信號(hào)的電位轉(zhuǎn)換，當(dāng)CPU226收到BMS送來(lái)的“開啟輔助發(fā)電”信號(hào)后，Q0.6輸出低電位且Q1.6輸出高電位。當(dāng)Q1.6輸出高電位時(shí)，光藕PC2的CE極飽和導(dǎo)通，發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器的REV端子由原來(lái)的高電位20V變?yōu)榈碗娢?V；當(dāng)Q0.6輸出低電位時(shí)，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(shí)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(jī)發(fā)電。反之，當(dāng)CPU226收到BMS送來(lái)的“停止輔助發(fā)電”信號(hào)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(shí)為停止輔助發(fā)電邏輯。上述的控制信號(hào)對(duì)于\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器來(lái)說(shuō)，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(gè)信號(hào)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(gè)信號(hào)就是通常說(shuō)的力矩信號(hào)。力矩信號(hào)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(qiáng)制發(fā)電時(shí)為4V；這個(gè)力矩信號(hào)電壓不能太大，太大時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的力矩過(guò)大，造成驅(qū)動(dòng)皮帶打滑磨損過(guò)快（通俗叫法為電機(jī)吃皮帶）。力矩信號(hào)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(hào)與力矩信號(hào)，理論上可以控制發(fā)電機(jī)發(fā)電了。但是，在三相異步變頻調(diào)速發(fā)電機(jī)裝置中，發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器還要知道發(fā)電機(jī)是否旋轉(zhuǎn)，如果發(fā)電機(jī)在沒有旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器貿(mào)然地開啟IGBT，則發(fā)電機(jī)定子線圈一直被動(dòng)力電池充電，所充的電未轉(zhuǎn)變成其他形式的能量而全部轉(zhuǎn)變成熱能，那么，定子線圈必?zé)裏o(wú)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(lái)的旋轉(zhuǎn)信號(hào)時(shí)，是不會(huì)控制發(fā)電機(jī)發(fā)電的。并且，\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器不但要收到信號(hào)而且要收到正確的信號(hào)。見圖6編碼信號(hào)，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(hào)，分別由編碼器的藍(lán)、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(hào)是頻率脈寬幅度相同而相位相差90°的脈沖信號(hào)。其中相位超前90°的一組先進(jìn)入\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器，落后90°的后進(jìn)入\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器。相反，當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，落后的一組變成超前的一組先進(jìn)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(lái)辨別電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，因此YA、YB不能接錯(cuò)；如果錯(cuò)了，則不發(fā)電。

8）小結(jié)當(dāng)\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器滿足發(fā)電控制信號(hào)、力矩信號(hào)、編碼器（旋轉(zhuǎn)）信號(hào)，且高壓輸入正常，電機(jī)及相關(guān)線路正常時(shí)發(fā)電機(jī)才會(huì)發(fā)電。

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11kW發(fā)電機(jī)不發(fā)電的維修方法與步驟

以一臺(tái)粵BL3769車報(bào)修為例，說(shuō)明11kW發(fā)電機(jī)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(yīng)該要發(fā)電；顯示電池組充放電電流為0，不正常；發(fā)動(dòng)機(jī)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(yīng)該是由于不發(fā)電造成的；由充電電流為0也可知，確實(shí)不發(fā)電。查看發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器顯示面板，結(jié)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(shuō)發(fā)電機(jī)也正常，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，如果發(fā)電機(jī)匝間短路不正常，則\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器會(huì)報(bào)故障碼OC3（恒速時(shí)過(guò)電流）。同時(shí)說(shuō)明，CPU226輸出也應(yīng)該正常，否則發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器不會(huì)顯示正常。

重新查看車載顯示屏，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電池組充放電電流顯示的數(shù)據(jù)偶爾為幾安，偶爾為負(fù)幾安，偶爾為0，但大部分顯示為負(fù)數(shù)或0。證明有故障。打開發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器蓋子，測(cè)量其工作信號(hào)UFWD-CM=10V，正常為20V，確實(shí)有問題。再測(cè)UREV-CM=0.5V，正常；力矩信號(hào)U12-11=2.27V，似乎偏低？以前測(cè)量的多在3V左右。為防止漏檢，將編碼器工作電壓與信號(hào)電壓也測(cè)一遍，工作電壓為14.95V（正常15V），沒問題。信號(hào)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(cè)到了電機(jī)有故障而沒報(bào)故障碼，導(dǎo)致\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器自動(dòng)將工作信號(hào)電壓鎖定在10v而不發(fā)電？遂將發(fā)電機(jī)也檢測(cè)了一遍，三相直流電阻幾乎絕對(duì)平衡，為0.71Ω，除掉表頭表線電阻0.08Ω（福祿克表測(cè)得），三相直流真實(shí)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(hào)電壓而引起不發(fā)電？為驗(yàn)證，在正常車上拆了一個(gè)換上一試，結(jié)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(hào)電壓過(guò)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(hào)電壓是CPU226控制EM232輸出的，難道CPU226會(huì)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(huì)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(diǎn)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(jié)果有了，發(fā)現(xiàn)第7箱電池中有4組電壓為0。據(jù)此分析，由于電池管理模塊BMS檢測(cè)到電池有故障，遂向CPU發(fā)送終止發(fā)電信號(hào)，于是CPU便輸出很低的力矩信號(hào)，導(dǎo)致不發(fā)電。

根據(jù)先排除明顯故障的原則，于是更換有故障的4組動(dòng)力電池。結(jié)果還是不發(fā)電。UMD-CM、U12-11等所有參數(shù)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(hào)UFWD-cm只有10v呢？又是什么原因引起力矩信號(hào)U12-11偏低呢？

力矩信號(hào)比其他車的要偏小，會(huì)不會(huì)導(dǎo)致不發(fā)電？關(guān)于這個(gè)問題，廠家沒有明確說(shuō)明，更沒有具體參數(shù)。只有靠我們積累經(jīng)驗(yàn)或者邏輯推理。按理說(shuō)力矩信號(hào)是CPU要求\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器發(fā)多少電，信號(hào)電壓高則要求發(fā)電量大，反之則小。現(xiàn)在偏小，頂多也應(yīng)該只是導(dǎo)致發(fā)電量小，不應(yīng)該導(dǎo)致不發(fā)電。因此，首先重點(diǎn)檢查發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器工作信號(hào)。

決定重新測(cè)量，要弄清楚FWD信號(hào)在不著車時(shí)輸出的是多少。于是KEY-ON，待高壓上電完成，測(cè)量FWD與CM電壓為20V，結(jié)果正常，證明不著車時(shí)輸出正常。于是著車，再測(cè)，此時(shí)變成了10v。為準(zhǔn)確起見，多測(cè)幾次，且測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)一點(diǎn)，偶爾發(fā)現(xiàn)有時(shí)短暫（約1-2s）變成11-12V，而且在此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)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?qū)е翭WD信號(hào)如此不穩(wěn)定？此時(shí)，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(shí)FWD為高電位、REV為低電位，現(xiàn)在REV已經(jīng)有了低電位，如果直接給FWD一個(gè)高電位，那么發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器應(yīng)該正常工作發(fā)電。將FWD端子拆掉，著車，接著測(cè)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(jīng)過(guò)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(jìn)一步縮小故障范圍。既然拆卸FWD端子后就發(fā)電正常，則說(shuō)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(hào)線路故障了。為了準(zhǔn)確判斷，又裝上FWD端子線。在著車時(shí)測(cè)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(cè)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(jié)果發(fā)電正常了。由上可知，故障點(diǎn)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(dāng)開關(guān)使用，在這個(gè)開關(guān)上存在10v的壓降，那一定是這個(gè)開關(guān)接觸不良。那么對(duì)于PC1來(lái)說(shuō)，C、E極一定存在漏電故障，導(dǎo)致CE極上形成一個(gè)電阻R2與發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器內(nèi)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(dǎo)致FWD端子輸入CPU的電壓拉低至10V；正常時(shí)，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(shí)，由于光禍漏電，導(dǎo)致發(fā)電\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"變頻器的CPU識(shí)別到FWD信號(hào)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(dǎo)致不發(fā)電故障。

2.4故障排除

更換PLC板的光禍PC1后裝復(fù)啟動(dòng)，檢查充電電流正常。著車10min后，發(fā)現(xiàn)動(dòng)力電池電壓由原來(lái)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(xiàng)

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

2）測(cè)量各種信號(hào)時(shí)要用萬(wàn)用表而不能用試燈，特別是大功率的試燈，因?yàn)镋M232，CPU226等的輸出端子都不具備帶負(fù)載能力，如果用試燈則有可能損壞模塊。萬(wàn)一要用，也只能用LED試燈。

3）此款\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"混合動(dòng)力車配合發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為\t"/article/sort0253/sort0254/sort0648/_blank"康明斯ISDE185，此發(fā)動(dòng)機(jī)出廠設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)怠速為650r/min，用在該車上將怠速重新標(biāo)定為750r/min，以便輔助發(fā)電開啟時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；同時(shí)，主控制器設(shè)定只有當(dāng)檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)怠速為750r/min時(shí)才輸出發(fā)電信號(hào)。如果更換