北汽EC180电动汽车主要部件原理简介及故障排除

2019-08-08广州欧纬德教学设备技术有限公司黄显祥

汽车维护与修理 2019年3期

广州欧纬德教学设备技术有限公司黄显祥

“比燃油车更经济，比低速电动车更安全”，北汽新能源汽车股份有限公司推出的新能源EC180电动汽车，在动力方面由峰值高达30 kW的电机和容量为20.3 kW·h的三元锂动力电池模块构成，辅以北汽新能源自主研发的e-Motion Drive超级电驱技术，通过对电池、电机、电控“三电”系统的高度集成和技术创新，使得该车在整车电动化方面具备了高集成、高效率、高安全及低能耗、低辐射“三高两低”的特点。

为了让维修人员对北汽EC180电动汽车有更多的了解，本文简单介绍了北汽EC180电动汽车的主要部件和控制原理，并例举了1例故障案例，让维修人员初步了解北汽EC180电动汽车的常规维护和故障诊断方法。

1 北汽EC180电动汽车主要部件及工作原理

北汽EC180电动汽车电动控制部件主要由驱动电机、电机控制器（MCU）、高压控制盒、电力转换单元（PCU）、PTC加热元件、动力电池模块（BMS）、动力电池组、电动空调压缩机等组成（图1、图2）。

图1 北汽EC180电动汽车电机室的主要部件

图2 北汽EC180电动汽车各部件的分布

1.1 三相异步电机

北汽EC180电动汽车采用的是风冷式三相异步电机（图3），电机最大功率为30 kW，最大转矩为140 N·m。三相异步电机由电机控制器控制，电机具有正转、反转、转矩输出、能量回收功能。

图3 三相异步电机

三相异步电机主要由定子、转子和壳体组成。当电机的三相定子绕组（相位差120゜）通入三相对称交流电（图4）后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路）；载流的转子导体在定子旋转磁场作用下产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速旋转，存在转差率，所以叫三相异步电机。当导体在磁场内切割磁力线时，在导体内产生感应电流，故此种电机也称三相感应电机。

图4 三相异步电机工作原理

为了降低电机的故障率，目前装备在北汽EC180电动汽车上的驱动电机采用的是无炭刷电机。电机上安装有霍尔传感器和64齿的信号盘（图5），当电机运转时，霍尔传感器采集电机信号盘产生的脉冲信号，并将该信号传递给驱动电机控制器。

电机绕组内安装有温度传感器，温度传感器的作用是检测电机绕组温度，当电机绕组温度超过150 ℃时，电机控制器控制电机减小功率，以避免电机过热，从而达到延长电机使用寿命的目的。

1.2 电机控制器

电机控制器（图6）由双极晶体管模块（IGBT）和主控集成电路组成。如图7所示，电机控制器内集成有电压传感器（S3）和电流传感器（S1、S2）。电压传感器检测供给电机控制器的实际工作电压，电流传感器检测电机的实际工作电流，电机控制器由低压蓄电池供电（12 V）。当接通电源控制开关时，BMS向电机控制器供电，唤醒电机控制器。

1.3 高压控制盒

图5 霍尔传感器与电机信号盘

图6 电机控制器

图7 主控集成电路

高压控制盒的作用是将动力电池组输入的高压直流电分配给全车各高压电器使用。高压控制盒（图8）内有熔丝、加热继电器，可实现对高压用电器的保护及空调制热控制。

图8 高压控制盒

如图9所示，当驾驶人接通电源控制开关或充电唤醒信号发出时，车辆上电，BMS唤醒，BMS触发预充继电器闭合，电池组电流经预充继电器、预充电阻、高压控制盒、电机控制器后回到电池组负极。BMS控制器接收到电机控制器的预充完成信号后，确认高压系统无故障，触发主正继电器闭合，主电源接通，电池组开始充放电，高压系统上电完成。

图9 高压控制原理

预充电阻的作用是为防止高压电接通瞬间大电流产生电弧烧蚀继电器触点，同时，减小通电时电流对用电设备的冲击，保护车载用电设备的安全。

1.4 电力转换单元（PCU）

电力转换单元（图10）集成了车载充电机和直流直流转换器（DC-DC）。该车动力电池组额定电压为113.1 V，为保证车辆的正常使用，车辆在充电时，充电桩的充电枪连接至车辆慢充连接口时，车载充电机将充电桩输进的220 V交流电先降压，再整流为130 V的直流电为动力电池组充电。

图10 电力转换单元

1.5 直流直流转换器（DC-DC）

电动汽车取消了传统汽车的发电机，由直流直流转换器将动力电池的高压直流电转换成低压12 V直流电，保证全车12 V用电设备的用电并为12 V蓄电池充电，直流直流转换器的工作由动力电池模块（BMS）控制。

1.6 动力电池组

图11 动力电池组及相关配置

EC180电动汽车动力电池组结构方式为“7并21串”（电芯单体为3.65 V），额定电压为113.1 V，动力电池组安装在车内的底板上（图11），动力电池组相关参数见表1所列。

表1 北汽EC180电动汽车动力电池组相关参数

1.7 动力电池模块（BMS）

动力电池模块（BMS）主要功能是通过对动力电池组的工作电压、工作电流及工作温度进行检测（图12），对动力电池组过压、欠压、过流、过高温和过低温进行保护，同时，具有对供电继电器控制、SOC（电量）估算、充放电管理、电量均衡控制及故障报警和处理等功能。此外，动力电池模块（BMS）还具有对高压回路绝缘进行检测和对动力电池加热的控制功能。

图12 动力电池模块（BMS）的作用

1.8 动力电池模块（BMS）辅助元器件

动力电池模块（BMS）辅助元器件包括有预充继电器、电池加热继电器、电池加热熔丝、分流器、电流传感器、接插件等（图13）。

1.9 PTC加热元件

PTC加热元件由陶瓷发热元件和铝管组成（图14），PTC加热元件通电后产生热量，由鼓风机送风经过PTC芯体后加热空气，实现车内制暖。

1.10 电动涡旋式空调压缩机

图13 动力电池模块（BMS）辅助元器件

图14 PTC加热元件

图15 电动涡旋式空调压缩机工作原理

北汽EC180电动汽车空调制冷采用的是电动涡旋式空调压缩机。电动涡旋式空调压缩机是由一个固定的渐开线涡旋盘（静盘）、一个呈偏心回旋平动的渐开线运动涡旋盘（动盘）和三相电机组成。如图15所示，在吸气、压缩、排气工作过程中，静盘固定在机架上，动盘由防自转机构制约的偏心轴驱动，围绕静盘基圆中心作小半径转动。管路中的气态制冷剂（制冷剂为R134a）被吸入静盘外围，随着偏心轴的旋转，在动静盘噬合所组成的若干个月牙形压缩腔内被压缩，然后由静盘中心部件的轴向孔排出，再通过蒸发箱实现车内空气的冷热交换。

该车除空调压缩机与传统汽车空调压缩机不一样外，空调系统其他部件及制冷原理均与传统汽车空调系统基本一致。在空调控制上，电动涡旋式空调压缩机可根据驾驶人设定的温度自动调整目标转速，从而调节制冷量，以便节约电能。

2 2017款北汽EC180电动汽车仪表盘充电指示灯长亮故障

故障现象一辆2017款北汽EC180电动汽车，行驶里程仅为341 km，因最高行驶车速为10 km/h，且仪表盘上充电指示灯长亮而进店维修。

故障诊断接车后，维修人员路试进行故障验证，故障现象确实存在。连接专用故障检测仪（BDS）进行快速检测，读取到动力电池模块（BMS）存储有故障代码“P0A9409 DC-DC故障”。查看数据流，低压12 V蓄电池显示电压为11.79 V，偏低，动力电池电压显示为123.26 V，正常。

查阅维修手册得知，当蓄电池电压低于12 V并持续到60 s时，动力电池模块会触发并生成故障代码P0A9409。使用蓄电池检测仪检测蓄电池，未见异常。目视检查电机室内各导线连接、高压线束，均正常。根据故障现象分析，故障原因可能有：高压电路故障；DC-DC故障；低压电路故障。

分析该车高压电与低压电控制原理（图16），当BMS接收到电源控制开关接通信号时，BMS随即向DC-DC发出指令信号，DC-DC开始工作，将高压直流电转换为低压直流电14 V，供全车12 V用电设备使用和为12 V蓄电池充电。如果控制电路或DC-DC出现故障，DC-DC则不工作，同时仪表盘上的充电指示灯被点亮，车辆继续使用会导致蓄电池亏电。

图16 高压电与低压电控制原理（DC-DC被集成在PCU内）

使用充电机给12 V蓄电池充电，用BDS读取蓄电池数据流（图17），接通电源控制开关，蓄电池电压为12.1 V（正常应为13.5 V～14 V），说明蓄电池未在充电状态。

用万用表测量PCU的12 V电源输出端子的电压，为12.12 V（图18），异常，说明DC-DC未工作或损坏。

关闭电源控制开关，拔下PCU低压线束导线连接器，根据维修手册提示，分别测量端子4和端子12与车身之间的电阻（图19），均为0 Ω，正常；接通电源控制开关，测量端子5的电压，为11.76 V（图20），正常，说明BMS指令信号已经发出。

拆下蓄电池负极并等待5 min（电容放电），带上绝缘手套，拆下高压控制盒，检查DC-DC熔丝和高压电路，正常。检查至此，初步判断为DC-DC损坏，需更换PCU。

图17 读取蓄电池电压数据流（截屏）

图18 测量PCU的12 V电源输出电压

图19 PCU低压线束导线连接器端子标示

为了确诊，维修人员采取了互换方式，将另外一辆正常同款车的PCU装到故障车上，故障依旧，而将故障车的PCU装到另一台同款车上，测量PCU的12 V电源输出端子的电压，为14.12 V，表明DC-DC工作正常，由此说明故障车的DC-DC并没有问题。

图20 测量PCU低压线束导线连接器端子5的电压

重新调整诊断思路，再次对PCU各连接导线和导线连接器进行检查，当拆下导线连接器橡胶保护套时，发现导线连接器端子5有退针现象（图21）。由此推断，该车故障是由于PCU低压线束导线连接器端子5退针，导致DC-DC无法接收到BMS的指令信号，DC-DC不工作所致；再就是，当蓄电池电压低于12 V时，全车用电设备无法正常工作，车辆进入跛行模式，且最高车速被限定在10 km/h。