純電動汽車啟動困難故障診斷與維修

林楚怡

(廣西玉林農業學校,廣西 玉林 537000)

0 引言

純電動汽車(Electric Vehicles,EV)是指以車載電源為動力,用電機驅動車輪行駛,符合道路交通、安全法規各項要求的車輛[1-2]。在使用過程中具有無排氣污染、噪聲小、能量轉換效率高等應用優勢,目前世界各國都相繼研發多種純電動汽車,較為著名的生產廠商為美國特斯拉公司、通用公司、雷諾公司和德國寶馬、大眾等汽車公司,我國汽車廠商奇瑞、華普、北汽、比亞迪和長安等[3-5]。

純電動汽車與傳統的燃油汽車相比,沒有內燃機,主要以蓄電池進行汽車驅動,汽車內部電路結構較為復雜,一個電路元件故障就會影響汽車的行駛性能與安全性[6]。隨著純電動汽車產業的快速發展,為了保障汽車產業良好的售后維修服務,亟需相關維修人員掌握純電動汽車維修技巧及電路檢查方式[7]。

針對以上問題,本研究以純電動汽車啟動困難為研究對象,基于純電動汽車的基本結構與工作原理,系統論述了電池系統及能量管理系統的故障維修方法,并通過維修案例進行具體維修步驟闡述。研究結果旨在為提升純電動汽車產業的穩步發展提供技術參考與借鑒。

1 EV結構及原理

EV主要結構組成包括電池組、驅動電機、控制系統、高壓安全保護系統及底盤等組成。電池組為汽車行駛提供能源,驅動電機是將電池組的電能轉化為機械能驅動汽車行駛,控制系統對電池組進行電量管理和電機控制,安全保護系統主要在汽車發生危險或者緊急情況時對人員和汽車進行保護機制。

EV結構組成示意圖如圖1所示,EV汽車與傳統汽車相比,在保留傳統的加速踏板、制動裝置和操縱裝置,但是不需要離合器。在汽車行駛過程中,傳感器將加速裝置、制動裝置相關運動信號轉化為電信號,傳輸至中央控制系統,經過控制中心信號處理后發出驅動信號,實現對電動汽車的控制。

圖1 純電動汽車結構組成示意圖

2 EV啟動困難故障案例分析

EV汽車主要是以電池組和驅動電機作為主要汽車驅動力的汽車類型,因此,電池組及其相關系統故障是引起EV汽車故障的主要原因,在本研究中,首先系統論述EV電池組及其電池管理系統的基本結構與工作性能,進而開展相關故障排除方法探析。

2.1 EV電池及電池管理系統

2.1.1 電池組類型及特點

1)鉛酸電池。鉛酸電池主要是在1859年由普蘭特發明,因其生產成本低、價格低廉及原料易獲得等優勢被廣泛應用于各個領域,也是目前汽車生產中常用的電池組類型之一,但是由于鉛酸電池功率和密度較小,目前在小型轎車中使用較多[8]。主要由正極板組、負極板組、隔板和容器等附件組成,一個電池組由幾個單體電池組成,每個電池的電壓為2 V。

2)鎳鎘電池(Ni-Cd)。鎳鎘電池主要由瑞典人尤格涅爾發明,其電池循環使用壽命較長,可以實現快速充放電,為負載提供較大的電流,在放電過程中不會出現電解液泄漏等現象,因此不需要隨時補充電解液。但是鎳鎘電池在使用和回收過程中容易造成鎘污染。1個電池組由幾個單體電池組成,每個電池的電壓為1.2 V。

3)鎳氫電池(Ni-MH)。鎳氫電池最初是作為鎳鎘電池的替代品研制,也是被認為目前最環保的電池類型之一,并且鎳氫電池與鎳鎘電池相比,擁有更大的電池能量和密度,能為汽車行駛提供更好的續航里程,目前豐田銳普斯電動汽車的動力電池為鎳氫電池。

4)鋰離子電池。鋰是目前最輕的金屬之一,鋰離子電池是日本索尼公司研制出來的,與上述電池類型相比,其使用性能最為優越,比能量大、電壓高、重量輕,壽命約為鉛酸電池的3倍左右,使用年限基本可以超過5年。我國比亞迪公司研發的磷酸鐵鋰電池受到國內外的重視,但是目前鋰離子電池的成本和安全性有待進一步完善。

2.1.2 電池管理系統結構

電池管理系統主要結構如圖2所示,主要包括數據采集模塊、SOC電量估算模塊、控制模塊和安全管理模塊等。

圖2 電池管理系統結構示意圖

2.2 故障類型及排除方法

根據電池組相關知識和電池管理系統,針對常見的純電動汽車啟動故障進行分析。一般純電動汽車都安裝兩套電池組,一套電池組用于汽車驅動,另一套電池組用于低壓電流供電。目前常見的電池故障如表1所示。

表1 不同電池類型汽車啟動故障常見原因與排除方法

3 案例分析

以比亞迪e6為例進行啟動困難故障案例分析。EV啟動故障一般會在駕駛室內儀表板顯示,可以直接進行故障碼讀取,當汽車啟動按鈕處于ON時,儀表盤指示燈亮,應進行動力電池自檢,幾秒鐘后指示燈熄滅則代表正常,如果指示燈不亮或者不熄滅,則說明動力電池故障,應進一步檢查。一般故障類型包括動力電池溫度過高,此時應停車降溫,尤其是在夏季高溫天氣汽車進行頻繁加減速、爬坡或者超載等會出現動力電池過熱故障;動力電池電量過低,此時應進行充電。

在進行動力電池檢查時,由于動力電池電壓過高,檢測人員應佩戴絕緣手套,并且使用專業的檢測儀器進行故障碼讀取,如果沒有上述維修條件應送到專業維修站。

對于傳統的鉛酸電池,主要檢查內容及步驟如下:

1)外部檢查。目測檢查動力電池表面是否存在裂紋、損壞、氧化和腐蝕現象,按照表1進行故障排除與維修。

2)蓄電池電解液液面高度檢查。蓄電池電解液液面高度一般采用玻璃管測定,液面高度過低時應加注蒸餾水,除非電解液濺出,否則不可以添加硫酸溶液。

3)蓄電池電解液密度檢查。一般在汽車行駛6 000～7 500 km時,應該檢查電解液密度,一般采用吸式密度計測定。12 V蓄電池與電解液密度標準如表2所示,可通過測定電解液密度判斷蓄電池故障。

表2 蓄電池充電程度與電解液密度對照表

4)蓄電池存電情況檢查。12 V蓄電池電壓測量后讀取電壓值,對照表3可判斷蓄電池存電情況。

表3 電壓與存電量關系對照表

最后,將“電流旋轉按鈕”逆時針旋轉至切斷放電電路,放電15 s,觀察電壓表指針位置,判斷蓄電池故障(表4)。

表4 測量電壓判斷蓄電池存電故障

4 結論

隨著純電動汽車的快速發展,對純電動汽車的維修技術提出了更高發展要求。本研究基于純電動汽車的主要結構與工作原理,以純電動汽車啟動故障為切入點,系統論述了純電動汽車常見的電池故障,最后以比亞迪e6為案例進行維修步驟的詳細論述。旨在為純電動汽車的維修技術提供參考與借鑒。