電動(dòng)工程車頻燒預(yù)充電阻故障分析

劉 芳 韓建立

（徐工集團(tuán)工程機(jī)械股份有限公司江蘇徐州工程機(jī)械研究院，江蘇 徐州221004）

1 概述

生態(tài)環(huán)境部于2018 年8 月印發(fā)《非道路移動(dòng)機(jī)械污染防治技術(shù)政策》，在重點(diǎn)區(qū)域城市規(guī)定的禁止使用高排放非道路移動(dòng)機(jī)械區(qū)域內(nèi)，鼓勵(lì)優(yōu)先使用新能源或者清潔能源非道路移動(dòng)機(jī)械。下一步，生態(tài)環(huán)境部將加快重型卡車、工程機(jī)械的電動(dòng)化應(yīng)用和推廣。近些年我公司加大了對(duì)純電動(dòng)和混合動(dòng)力工程機(jī)械的研發(fā)力度。

2 高壓預(yù)充系統(tǒng)

2.1 高壓上電及預(yù)充系統(tǒng)

電機(jī)控制器內(nèi)部大電容在動(dòng)力電池高壓上電瞬間，電容相當(dāng)于短路，大電流對(duì)控制器內(nèi)部的電路極易造成損壞。為避免損壞，上電時(shí)需要先對(duì)控制器內(nèi)部的大電容進(jìn)行充電，待電容電壓接近動(dòng)力電池的電壓時(shí)，閉合整車高壓繼電器，完成高壓上電過(guò)程[1]。整個(gè)預(yù)充上電流程如圖1 所示。

圖1 預(yù)充上電流程圖

預(yù)充電路由預(yù)充繼電器、預(yù)充電阻和整車主繼電器組成。預(yù)充電阻串聯(lián)在預(yù)充電路中，用于限制電流防止對(duì)繼電器、整流器件和待充電容造成較大沖擊。

2.2 系統(tǒng)組成

某樣機(jī)調(diào)試過(guò)程中，頻繁發(fā)生預(yù)充電阻損壞的現(xiàn)象，即在高壓上電過(guò)程中預(yù)充電阻燒壞。整車預(yù)充電路如圖2 所示。

試制樣機(jī)的制動(dòng)、懸掛系統(tǒng)由液壓電磁閥控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其液壓動(dòng)力源為液壓泵站，電力動(dòng)力源為額定電壓24VDC 直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)。泵站電機(jī)的電源由兩部分并聯(lián)供電：動(dòng)力電池高壓輸出至DCDC 轉(zhuǎn)化和蓄電池。

圖2 整車預(yù)充電路

整車VCU 實(shí)時(shí)監(jiān)控制動(dòng)壓力，為了防止行車過(guò)程中制動(dòng)失效，保證車輛系統(tǒng)始終處于充裕的制動(dòng)壓力。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到整車制動(dòng)壓力低于設(shè)置下限時(shí)，需強(qiáng)制泵站啟動(dòng)補(bǔ)充制動(dòng)壓力。實(shí)際上液壓系統(tǒng)均具有一定的泄漏量，車輛長(zhǎng)期停放一段時(shí)間后，制動(dòng)壓力會(huì)有所降低。

2.3 系統(tǒng)故障分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)故障記錄，預(yù)充電阻燒壞瞬時(shí)，整車處于蓄電池嚴(yán)重虧電或高壓上電時(shí)液壓泵站立即啟動(dòng)狀態(tài)。

鑰匙開關(guān)閉合后，BMS 執(zhí)行高壓上電動(dòng)作，上電過(guò)程中DCDC 處于工作狀態(tài)，開始為24V 鉛酸蓄電池充電并提供整車低壓系統(tǒng)的供電。如果此時(shí)整車VCU 檢測(cè)到制動(dòng)壓力低，液壓泵站立刻啟動(dòng)，用于補(bǔ)充制動(dòng)壓力，DCDC 處于大負(fù)載輸出狀態(tài)。

整車由于未對(duì)DCDC 的工作時(shí)間進(jìn)行限制，且DCDC 適用寬輸入電壓，電壓200-750VDC 均可滿負(fù)載輸出[2]。BMS 電源管理系統(tǒng)判斷高壓達(dá)到額定電壓的80%即為預(yù)充電完成，遠(yuǎn)大于DCDC 的輸入電壓。即預(yù)充過(guò)程中DCDC 已經(jīng)開始工作。

現(xiàn)場(chǎng)更換預(yù)充電阻，裝車預(yù)充電阻型號(hào)為RX24-100W 50RJ，如圖3 所示。

圖3 裝車預(yù)充電阻

假設(shè)不考慮電阻降額使用情況, 允許通過(guò)電阻的額定電流為：

不考慮DCDC 能量損耗情況下，在制動(dòng)系統(tǒng)補(bǔ)充壓力及蓄電池充電時(shí)輸出功率達(dá)到DCDC 的額定輸出功率80%約2.5kW。如果DCDC 在預(yù)充電壓達(dá)到200V 時(shí)候開始工作，經(jīng)過(guò)預(yù)充電阻的電流至少達(dá)到：

圖4 DCDC 輸出控制策略

此時(shí)預(yù)充電阻上的功率達(dá)到：

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

預(yù)充電阻短時(shí)功率遠(yuǎn)超預(yù)充電阻的額定功率。

經(jīng)過(guò)對(duì)故障原因的分析，優(yōu)化DCDC 上電控制方案。DCDC通過(guò)整車VCU 控制，實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)可控，如圖4 所示。當(dāng)動(dòng)力電池主繼電器閉合后，BMS 發(fā)送上電完成狀態(tài)信息，VCU 收到BMS 上電完成信號(hào)后驅(qū)動(dòng)DCDC 工作，同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)電壓是否上升至27.6V，確保DCDC 正常工作后，整車VCU 允許啟動(dòng)泵站。優(yōu)化上電邏輯后，沒(méi)有再出現(xiàn)燒毀預(yù)充電阻的現(xiàn)象。

3 結(jié)論

預(yù)充電阻的損壞往往由于電流遠(yuǎn)超過(guò)電阻的最大能力，造成短時(shí)間過(guò)熱而損壞。高壓系統(tǒng)上電過(guò)程中要充分考慮整機(jī)出現(xiàn)的各種工況，優(yōu)化上電策略。