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虹科方案:雷诺Kangoo电动汽车充电故障

来源:盖世汽车 浏览次数:1025 发布日期:2021-03-26

全球道路上的电动汽车不断增长,虽然电动汽车消除了很多典型的内燃机故障,但并不是没有缺陷。这次,我们就来看看雷诺Kangoo的充电问题以及诊断此类故障会遇到哪些障碍。

在开始之前,我们必须声明有关电动汽车诊断的安全事项,尤其是诊断充电故障方面:第一,请不要将此案例研究用于培训或工作指导,它仅用于让您了解虹科Pico汽车示波器相关产品在电动汽车上的一些可能应用;第二,用于诊断充电式电动汽车的任何测量工具和附件所需的CAT额定值取决于充电站与市电配电网的连接情况。这是因为我们很可能触碰到瞬态电压或短路电流,和您要测的是高压系统(HV)还是12 V低压系统无关。

通常情况下,主电网会先接一个建筑物中的主配电板/断路器/接线盒,然后再把充电站接在主配电板上。因此,在测试连接到此类充电站的电动汽车时,测量工具的CAT等级应为III或IV。但是,如果将充电站直接连接到主电网,测量工具必须为CAT IV等级。如果不知道充电站是如何与主电网相连的,应该使用CAT IV等级的测量工具。在本文的案例中,充电站是通过主配电板和主电网相连的。因此,我们可以安全地使用CAT III额定差分探头测试高压系统和12V低压系统。

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在英国,雷诺和日产是生产纯电动汽车时间最长的OEM。随着车龄的增长,故障开始出现。2014款雷诺Kangoo ZE是一辆纯电动汽车,电池安装在底盘下方。车辆充电接口在前格栅的车标后面(图1),是Type 2接口类型。该车不支持快速充电,这意味着充电需要通过车载充电机(OBC)来完成,也意味着充电速度不快,使用3kW家用电源充满电需要11个小时。

客户反馈到,他不知道故障是从什么时候开始出现,因为他通常都是夜间充电。平时行程短而且充了一晚上的电,因此只有在电池持续耗尽时故障才变得明显。这辆车已经去过很多家修理厂,上一家修理厂说底盘处可能有线路腐蚀,需要更换OBC和逆变器。

当您在发动机盖下检查线缆时,并没有那么容易!首先要从视觉上进行检查,以确保我们免受线路腐蚀和任何潜在危险的影响,特别是一些暴露在外的高压电缆。检查线路一切正常,下一步就是确认故障。我们使用了客户提供的家用充电线,连接到电源插座开始充电。充电指示灯按预期点亮,没有故障报告。当充电器连接到车辆充电接口时,闩锁闭合,说明车辆检测到插入了充电器,仪表板的指示灯也验证了这一点。

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通常我们将供电设备连接至车辆时,会听到接触器闭合的“喀哒”一声。在某些情况下,开始充电后您还会听到冷却风扇或冷却系统运转的声音。但是当我们将供电设备连接到这辆Kangoo时,什么声音也没听到。我们断开了充电器,去DTC列表检查故障代码。组合仪表上唯一的警告是电池电量不足。我们发现故障代码与HV高压电池有关,但是并没有指向具体是什么问题。通过查看实时数据,我们确认了高压电池SOC为3%(剩余容量占电池容量的比值)。

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从图3中可以看出,3%说明电池即将达到最低容量。对于HV电池来说,这非常危险,当您连接到供电设备时,很有可能无法充电,因为电池到了一个临界状态。如果继续下降到更低的容量,则必须卸下电池才能给HV电池充电。如果HV电池已完全放电,我们是可以使用一些工具卸下电池,但是如果可以避免走到这一步,对维修人员和车主才是最好的!

接下来给大家介绍下充电器连接到车辆时会发生什么。大多数电动汽车遵循SAE J1772标准,在正式开始充电前,车辆和供电设备都会使用该标准进行通信并发出状态信号,后面出现的IEC 61851标准中也是一样。有些车辆和供电设备则不是这样,例如CHAdeMO和Tesla,他们的专用连接器通讯方法是不一样的。Type 2充电接口是通过PWM信号以及一系列控制电气的电阻器和晶体管与车辆进行通信的,供电设备和车辆通过PP和CP电路进行通信,PP会通知车辆是否接上了充电器以及充电器最大可提供多大的电流。虽然供电设备可以输出更大的电流给车辆,但是为了避免过热,车辆只能承受充电器的额定电流。正如我在文章开头提到的,本文案例不适用于培训,我建议所有人都要获得相关认证才可以去诊断检测混合动力汽车和电动汽车。

CP电路波形揭示了车辆在充电过程的各个阶段。在没有将充电器连接到车辆时,CP端子一直发出+12 V的恒定电压信号,一旦连接上充电器,由于多个电阻的作用,+12 V下降至大约9V。这个时候由于供电设备已与车辆成功连接,CP端子发出的信号从之前的12V恒定电压变成1 kHz的±12V  PWM信号。该PWM信号非常重要,占空比决定了充入车辆的电流量,该电流仍受到充电器额定电流的限制。一旦车辆的充电条件满足,电阻会发生变化,+9V信号下降至大约+6 V,此刻正式开始充电。根据车辆的功能不同,电压水平可能不同。

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在采取所有必要步骤以确保自己和设备安全的同时,我将有源差分探头连接至车载充电机(OBC)上的CP电路。从车辆上拔下钥匙,以确保测试环境和客户所描述的相同,并将充电器插入车辆充电插口。

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①供电设备已连接至车辆

②开始发出PWM信号,电压下降至约8.5 V

③等待充电正式开始的时间

④PWM信号频率为1kHz

⑤数学通道计算出负占空比为17%

从图5我们可以看到车辆在哪个时刻识别到连接了供电设备,并且可以看到1 kHz的PWM信号开始发出。充电器的闩锁也说明了PP电路肯定是正常的,这是因为PP端子是第一个建立连接的端子,如果PP端子出现任何问题,我们将看不到PWM信号。您可能会对波形显示+9 V和+6 V但仍显示-12 V产生疑问。供电设备产生的是一个±12 V的方波,该方波沿着CP电路传输,在OBC内部有一个二极管截取了方波的负部分信号。但是我们测试时差分探头是接在OBC外部,所以示波器会同时采集到信号的正和负两个部分。

我们持续采集信号波形,按预期PWM信号的电压应该会下降,下降说明车辆已连接上充电器并且HV电池上的接触器闭合,这样OBC才可以为电池充电。但是,我们在这辆Kangoo上从未见过这种电压的下降,是什么原因阻止了接触器闭合?供电设备和车辆之间的通讯似乎一切正常,因此可怀疑的故障原因只剩下车载充电机(OBC)和电池管理系统(BMS)之间的通信了。开来维修车间时车辆是没有任何警告灯出现的,驾驶性能正常。

接下来的诊断过程中运气帮了我不少,我重新连接了扫描工具,以仔细检查DTC是否有任何变化。检查DTC的时候打开了点火开关,但是我似乎忘记了供电设备还连接在车辆上,这是非常不正确的操作。但是我们发现这个时候出现了“喀哒”一声,并且CP电路信号电压下降了(图6)。这不在我们的预料之中,但应该是合乎情理的,打开车辆点火开关会使得接触器闭合。然后我取下供电设备,将点火开关转到ON,再连接上供电设备,CP电路波形正常变化了。

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如图7所示,我添加了一个电流钳,证明了充电电路确实存在电流流动。

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在保持点火开关打开和连接充电器的情况下,我们可以看到电流从电源流向OBC。保持一段时间后,电池SOC从3%上升到了12%,在此过程警示声也不再响了,并且电池SOC不断上升。我们把测试的位置告诉给了客户,似乎是OBC与BMS之间的通信问题,导致连接充电器时接触器保持打开状态。

我需要做进一步的测试以确定故障原因,但是客户决定带着我们的测试结果去另一个修理厂,他们更换了OBC但问题依旧存在。我们都忽略了一件事,一些汽车制造商制定了电池租赁计划。如果不支付电池租赁费,汽车制造商可以远程禁用HV电池充电,而这恰恰就是这辆车存在的问题。当前的车主不是原始车主,他们在购买车辆时,没有认真了解关于电池租赁的信息。这导致雷诺没有告知当前车主,没过几日便远程禁用了HV电池充电。不过奇怪的是,车辆没有任何指示或串行数据出现,以告知您电池已被禁用充电。从售后维修的角度来看,如果您遇到了电动汽车充电问题,却不知道电池可能会被远程禁用,很可能会平白无故地花费大量时间和金钱。

正如我在文章刚开始就提到的,请不要将本文案例用于培训。我特意没放连接图和一些技术信息,希望诊断电动汽车的人都提前经过批准和受过正确的培训,希望本文有助于解决我们在电动汽车上工作时必须面对的一些新障碍。

本文用到的检测设备是虹科Pico示波器4425A 新能源车测试套装

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