电动工程车频烧预充电阻故障分析

2021-01-21韩建立

科学技术创新 2021年2期

刘芳韩建立

（徐工集团工程机械股份有限公司江苏徐州工程机械研究院，江苏徐州221004）

1 概述

生态环境部于2018 年8 月印发《非道路移动机械污染防治技术政策》，在重点区域城市规定的禁止使用高排放非道路移动机械区域内，鼓励优先使用新能源或者清洁能源非道路移动机械。下一步，生态环境部将加快重型卡车、工程机械的电动化应用和推广。近些年我公司加大了对纯电动和混合动力工程机械的研发力度。

2 高压预充系统

2.1 高压上电及预充系统

电机控制器内部大电容在动力电池高压上电瞬间，电容相当于短路，大电流对控制器内部的电路极易造成损坏。为避免损坏，上电时需要先对控制器内部的大电容进行充电，待电容电压接近动力电池的电压时，闭合整车高压继电器，完成高压上电过程[1]。整个预充上电流程如图1 所示。

图1 预充上电流程图

预充电路由预充继电器、预充电阻和整车主继电器组成。预充电阻串联在预充电路中，用于限制电流防止对继电器、整流器件和待充电容造成较大冲击。

2.2 系统组成

某样机调试过程中，频繁发生预充电阻损坏的现象，即在高压上电过程中预充电阻烧坏。整车预充电路如图2 所示。

试制样机的制动、悬挂系统由液压电磁阀控制相应的执行机构，其液压动力源为液压泵站，电力动力源为额定电压24VDC 直流驱动电机。泵站电机的电源由两部分并联供电：动力电池高压输出至DCDC 转化和蓄电池。

图2 整车预充电路

整车VCU 实时监控制动压力，为了防止行车过程中制动失效，保证车辆系统始终处于充裕的制动压力。当系统检测到整车制动压力低于设置下限时，需强制泵站启动补充制动压力。实际上液压系统均具有一定的泄漏量，车辆长期停放一段时间后，制动压力会有所降低。

2.3 系统故障分析

根据现场故障记录，预充电阻烧坏瞬时，整车处于蓄电池严重亏电或高压上电时液压泵站立即启动状态。

钥匙开关闭合后，BMS 执行高压上电动作，上电过程中DCDC 处于工作状态，开始为24V 铅酸蓄电池充电并提供整车低压系统的供电。如果此时整车VCU 检测到制动压力低，液压泵站立刻启动，用于补充制动压力，DCDC 处于大负载输出状态。

整车由于未对DCDC 的工作时间进行限制，且DCDC 适用宽输入电压，电压200-750VDC 均可满负载输出[2]。BMS 电源管理系统判断高压达到额定电压的80%即为预充电完成，远大于DCDC 的输入电压。即预充过程中DCDC 已经开始工作。

现场更换预充电阻，装车预充电阻型号为RX24-100W 50RJ，如图3 所示。

图3 装车预充电阻

假设不考虑电阻降额使用情况, 允许通过电阻的额定电流为：

不考虑DCDC 能量损耗情况下，在制动系统补充压力及蓄电池充电时输出功率达到DCDC 的额定输出功率80%约2.5kW。如果DCDC 在预充电压达到200V 时候开始工作，经过预充电阻的电流至少达到：

图4 DCDC 输出控制策略

此时预充电阻上的功率达到：

P=I2*R=12.5*12.5*50=7812.5kW

预充电阻短时功率远超预充电阻的额定功率。

经过对故障原因的分析，优化DCDC 上电控制方案。DCDC通过整车VCU 控制，实现工作状态可控，如图4 所示。当动力电池主继电器闭合后，BMS 发送上电完成状态信息，VCU 收到BMS 上电完成信号后驱动DCDC 工作，同时监控系统电压是否上升至27.6V，确保DCDC 正常工作后，整车VCU 允许启动泵站。优化上电逻辑后，没有再出现烧毁预充电阻的现象。