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虹科方案:雷諾Kangoo電動汽車充電故障

來源:蓋世汽車 瀏覽次數:2825 發布日期:2021-03-26

全球道路上的電動汽車不斷增長,雖然電動汽車消除了很多典型的內燃機故障,但并不是沒有缺陷。這次,我們就來看看雷諾Kangoo的充電問題以及診斷此類故障會遇到哪些障礙。

在開始之前,我們必須聲明有關電動汽車診斷的安全事項,尤其是診斷充電故障方面:第一,請不要將此案例研究用于培訓或工作指導,它僅用于讓您了解虹科Pico汽車示波器相關產品在電動汽車上的一些可能應用;第二,用于診斷充電式電動汽車的任何測量工具和附件所需的CAT額定值取決于充電站與市電配電網的連接情況。這是因為我們很可能觸碰到瞬態電壓或短路電流,和您要測的是高壓系統(HV)還是12 V低壓系統無關。

通常情況下,主電網會先接一個建筑物中的主配電板/斷路器/接線盒,然后再把充電站接在主配電板上。因此,在測試連接到此類充電站的電動汽車時,測量工具的CAT等級應為III或IV。但是,如果將充電站直接連接到主電網,測量工具必須為CAT IV等級。如果不知道充電站是如何與主電網相連的,應該使用CAT IV等級的測量工具。在本文的案例中,充電站是通過主配電板和主電網相連的。因此,我們可以安全地使用CAT III額定差分探頭測試高壓系統和12V低壓系統。

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在英國,雷諾和日產是生產純電動汽車時間最長的OEM。隨著車齡的增長,故障開始出現。2014款雷諾Kangoo ZE是一輛純電動汽車,電池安裝在底盤下方。車輛充電接口在前格柵的車標后面(圖1),是Type 2接口類型。該車不支持快速充電,這意味著充電需要通過車載充電機(OBC)來完成,也意味著充電速度不快,使用3kW家用電源充滿電需要11個小時。

客戶反饋到,他不知道故障是從什么時候開始出現,因為他通常都是夜間充電。平時行程短而且充了一晚上的電,因此只有在電池持續耗盡時故障才變得明顯。這輛車已經去過很多家修理廠,上一家修理廠說底盤處可能有線路腐蝕,需要更換OBC和逆變器。

當您在發動機蓋下檢查線纜時,并沒有那么容易!首先要從視覺上進行檢查,以確保我們免受線路腐蝕和任何潛在危險的影響,特別是一些暴露在外的高壓電纜。檢查線路一切正常,下一步就是確認故障。我們使用了客戶提供的家用充電線,連接到電源插座開始充電。充電指示燈按預期點亮,沒有故障報告。當充電器連接到車輛充電接口時,閂鎖閉合,說明車輛檢測到插入了充電器,儀表板的指示燈也驗證了這一點。

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通常我們將供電設備連接至車輛時,會聽到接觸器閉合的“喀噠”一聲。在某些情況下,開始充電后您還會聽到冷卻風扇或冷卻系統運轉的聲音。但是當我們將供電設備連接到這輛Kangoo時,什么聲音也沒聽到。我們斷開了充電器,去DTC列表檢查故障代碼。組合儀表上唯一的警告是電池電量不足。我們發現故障代碼與HV高壓電池有關,但是并沒有指向具體是什么問題。通過查看實時數據,我們確認了高壓電池SOC為3%(剩余容量占電池容量的比值)。

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從圖3中可以看出,3%說明電池即將達到最低容量。對于HV電池來說,這非常危險,當您連接到供電設備時,很有可能無法充電,因為電池到了一個臨界狀態。如果繼續下降到更低的容量,則必須卸下電池才能給HV電池充電。如果HV電池已完全放電,我們是可以使用一些工具卸下電池,但是如果可以避免走到這一步,對維修人員和車主才是最好的!

接下來給大家介紹下充電器連接到車輛時會發生什么。大多數電動汽車遵循SAE J1772標準,在正式開始充電前,車輛和供電設備都會使用該標準進行通信并發出狀態信號,后面出現的IEC 61851標準中也是一樣。有些車輛和供電設備則不是這樣,例如CHAdeMO和Tesla,他們的專用連接器通訊方法是不一樣的。Type 2充電接口是通過PWM信號以及一系列控制電氣的電阻器和晶體管與車輛進行通信的,供電設備和車輛通過PP和CP電路進行通信,PP會通知車輛是否接上了充電器以及充電器最大可提供多大的電流。雖然供電設備可以輸出更大的電流給車輛,但是為了避免過熱,車輛只能承受充電器的額定電流。正如我在文章開頭提到的,本文案例不適用于培訓,我建議所有人都要獲得相關認證才可以去診斷檢測混合動力汽車和電動汽車。

CP電路波形揭示了車輛在充電過程的各個階段。在沒有將充電器連接到車輛時,CP端子一直發出+12 V的恒定電壓信號,一旦連接上充電器,由于多個電阻的作用,+12 V下降至大約9V。這個時候由于供電設備已與車輛成功連接,CP端子發出的信號從之前的12V恒定電壓變成1 kHz的±12V  PWM信號。該PWM信號非常重要,占空比決定了充入車輛的電流量,該電流仍受到充電器額定電流的限制。一旦車輛的充電條件滿足,電阻會發生變化,+9V信號下降至大約+6 V,此刻正式開始充電。根據車輛的功能不同,電壓水平可能不同。

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在采取所有必要步驟以確保自己和設備安全的同時,我將有源差分探頭連接至車載充電機(OBC)上的CP電路。從車輛上拔下鑰匙,以確保測試環境和客戶所描述的相同,并將充電器插入車輛充電插口。

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①供電設備已連接至車輛

②開始發出PWM信號,電壓下降至約8.5 V

③等待充電正式開始的時間

④PWM信號頻率為1kHz

⑤數學通道計算出負占空比為17%

從圖5我們可以看到車輛在哪個時刻識別到連接了供電設備,并且可以看到1 kHz的PWM信號開始發出。充電器的閂鎖也說明了PP電路肯定是正常的,這是因為PP端子是第一個建立連接的端子,如果PP端子出現任何問題,我們將看不到PWM信號。您可能會對波形顯示+9 V和+6 V但仍顯示-12 V產生疑問。供電設備產生的是一個±12 V的方波,該方波沿著CP電路傳輸,在OBC內部有一個二極管截取了方波的負部分信號。但是我們測試時差分探頭是接在OBC外部,所以示波器會同時采集到信號的正和負兩個部分。

我們持續采集信號波形,按預期PWM信號的電壓應該會下降,下降說明車輛已連接上充電器并且HV電池上的接觸器閉合,這樣OBC才可以為電池充電。但是,我們在這輛Kangoo上從未見過這種電壓的下降,是什么原因阻止了接觸器閉合?供電設備和車輛之間的通訊似乎一切正常,因此可懷疑的故障原因只剩下車載充電機(OBC)和電池管理系統(BMS)之間的通信了。開來維修車間時車輛是沒有任何警告燈出現的,駕駛性能正常。

接下來的診斷過程中運氣幫了我不少,我重新連接了掃描工具,以仔細檢查DTC是否有任何變化。檢查DTC的時候打開了點火開關,但是我似乎忘記了供電設備還連接在車輛上,這是非常不正確的操作。但是我們發現這個時候出現了“喀噠”一聲,并且CP電路信號電壓下降了(圖6)。這不在我們的預料之中,但應該是合乎情理的,打開車輛點火開關會使得接觸器閉合。然后我取下供電設備,將點火開關轉到ON,再連接上供電設備,CP電路波形正常變化了。

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如圖7所示,我添加了一個電流鉗,證明了充電電路確實存在電流流動。

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在保持點火開關打開和連接充電器的情況下,我們可以看到電流從電源流向OBC。保持一段時間后,電池SOC從3%上升到了12%,在此過程警示聲也不再響了,并且電池SOC不斷上升。我們把測試的位置告訴給了客戶,似乎是OBC與BMS之間的通信問題,導致連接充電器時接觸器保持打開狀態。

我需要做進一步的測試以確定故障原因,但是客戶決定帶著我們的測試結果去另一個修理廠,他們更換了OBC但問題依舊存在。我們都忽略了一件事,一些汽車制造商制定了電池租賃計劃。如果不支付電池租賃費,汽車制造商可以遠程禁用HV電池充電,而這恰恰就是這輛車存在的問題。當前的車主不是原始車主,他們在購買車輛時,沒有認真了解關于電池租賃的信息。這導致雷諾沒有告知當前車主,沒過幾日便遠程禁用了HV電池充電。不過奇怪的是,車輛沒有任何指示或串行數據出現,以告知您電池已被禁用充電。從售后維修的角度來看,如果您遇到了電動汽車充電問題,卻不知道電池可能會被遠程禁用,很可能會平白無故地花費大量時間和金錢。

正如我在文章剛開始就提到的,請不要將本文案例用于培訓。我特意沒放連接圖和一些技術信息,希望診斷電動汽車的人都提前經過批準和受過正確的培訓,希望本文有助于解決我們在電動汽車上工作時必須面對的一些新障礙。

本文用到的檢測設備是虹科Pico示波器4425A 新能源車測試套裝

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