Sparčiai daugėjant elektromobilių keliuose, neatsilikti nuo naujų technologijų nelengva. Elektromobilių gausėjimas panaikino nemažai tipinių vidaus degimo variklių problemų, o kai kurie gamintojai net teigia, kad techninė priežiūra yra neprivaloma. Vis dėlto ir elektromobiliai nėra be gedimų. Ankstesnėje praktinėje studijoje Steve’as parodė, kokia svarbi elektrifikuotam automobiliui yra 12 V sistema. Šįkart apžvelgsime Renault Kangoo su įkrovimo gedimu ir kliūtis, kurių kyla diagnozuojant tokio tipo gedimą.
Prieš pradedant privalome aptarti saugų darbą su elektromobiliais, ypač kalbant apie įkrovimo gedimus:
Pirma, prašome nenaudoti šios praktinės studijos kaip mokymo ar instrukcijų vadovo darbui su tokiais automobiliais – ji skirta tik informacijai suteikti ir supažindinti su galimomis Pico Automotive gaminių pritaikymo sritimis.
Antra, reikalaujama matavimo priemonių ir priedų CAT klasė, diagnozuojant įkraunamo elektromobilio gedimus, priklauso nuo to, prie kurios elektros tinklo skirstymo dalies prijungta automobilio įkrovimo stotelė (nes galimas trumpalaikių viršįtampių ar trumpojo jungimo srovių poveikis skirtingose tinklo vietose skiriasi). Tai galioja nepriklausomai nuo to, ar tikrinate aukštos įtampos (HV), ar, tarkime, automobilio 12 V sistemą.
Paprastai elektromobilio įkrovimo stotelė pastate prie elektros tinklo jungiama po pagrindiniu skirstomuoju skydu / automatiniu jungikliu / skirstomąja dėžute (t. y. jų išėjimo pusėje). Todėl jūsų matavimo įranga, tikrinant prie tokios įkrovimo stotelės prijungtą elektromobilį, turėtų būti III arba IV CAT klasės. Tačiau jei elektromobilio įkrovimo stotelė prie tinklo prijungta prieš pagrindinį skirstomąjį skydą / automatinį jungiklį / skirstomąją dėžutę, jūsų įranga privalo būti IV CAT klasės.
Nežinodami (tinkamai neišsiaiškinę), kaip tiksliai įkrovimo stotelė prijungta prie elektros tinklo, atlikdami matavimus prie įkroviklio prijungtame automobilyje turėtumėte naudoti tik IV CAT klasės įrangą.
Šioje praktinėje studijoje žinome, kad automobilio įkrovimo stotelė prie tinklo prijungta po skirstomuoju skydu. Todėl žinome, kad visiems 12 V sistemos matavimams (ne tik HV matavimams) galime saugiai naudoti savo III CAT klasės diferencinį zondą (ir jungtis).
Renault kartu su Nissan neabejotinai yra vienas iš ilgiausiai su visiškai elektriniais automobiliais (BEV) Jungtinėje Karalystėje dirbančių gamintojų. Jiems senstant ima ryškėti gedimai. Šis 2014 m. Renault Kangoo ZE buvo visiškai elektrinis automobilis, kurio akumuliatorius įtaisytas po grindų plokšte. Įkraunama buvo elektromobilio maitinimo įranga (EVSE), jungiantis 2 tipo jungtimi. Automobilio įkrovimo lizdas buvo už ženkliuko priekinėse grotelėse. Tai buvo 5AM variklio 400 versija, todėl šis Kangoo nepalaikė spartaus įkrovimo. Vadinasi, viskas vyko per borto įkroviklį. Deja, tai reiškė, kad įkrovimas nebuvo greitas: nuo išsekusio iki visiškai įkrauto akumuliatoriaus, esant 3 kW namų tinklui, paprastai prireikdavo 11 valandų. Tačiau mūsų atveju klientas skundėsi, kad automobilis apskritai neįsikrauna.
Kaip visada, trumpai pakalbinome klientą, kad geriau suprastume problemą ir įsitikintume, jog galime gedimą atkartoti. Klientas nebuvo tikras, kada gedimas prasidėjo, nes automobilį vis dar jungdavo įkrauti nakčiai. Dėl trumpų kelionių ir labai lėto įkrovimo tai paaiškėjo tik tada, kai akumuliatorius ėmė toliau sekti. Automobilis jau buvo perėjęs kelias rankas, o paskutinysis savininkas pranešė, kad dėl ant apatinės apsaugos rastos negyvos žiurkės galimi graužikų pažeidimai ir kad reikia keisti borto įkroviklį (OBC) bei inverterį.
Žiurkės manęs negąsdina, bet tikrai nemalonu jas rasti, kai esi įkišęs galvą po variklio dangčiu! Savaime suprantama, pirmiausia buvo atlikta vizuali apžiūra siekiant įsitikinti, kad graužikų nėra ir kad nėra jokių pavojų sveikatai, o dar svarbiau – ar nėra apnuogintų aukštos įtampos kabelių. Viskas buvo tvarkoje, tad kitas diagnozės žingsnis buvo patvirtinti gedimą. Panaudojome kliento pateiktą namų įkrovimo kabelį, prijungtą prie elektros tinklo lizdo, ir įjungėme. Visi EVSE indikatoriai užsidegė kaip tikėtasi, jokio gedimo nebuvo pranešta. Prijungus prie automobilio užsifiksavo fiksatorius – tai rodo, kad automobilis aptiko įkrovimo kabelį. Tai patvirtino ir indikatorius prietaisų skydelyje.
Paprastai, kai prie automobilio prijungiate EVSE, išgirstate kontaktorių spragtelėjimą – jie sujungia aukštos įtampos akumuliatorių su borto įkrovikliu ir leidžia akumuliatoriui krautis. Kai kuriais atvejais taip pat išgirsite prasidedant ventiliatorių ar aušinimo sistemos darbą. Tačiau prijungę prie Kangoo neišgirdome nieko. Atjungėme įkrovimo kabelį ir perėjome prie gedimo kodų.
Toliau sąraše buvo gedimo kodų patikra. Vienintelis įspėjimas prietaisų skydelyje buvo apie žemą akumuliatoriaus įkrovą. Rasti gedimo kodai buvo susiję su išsekusiu aukštos įtampos akumuliatoriumi, kaip ir tikėtasi, tačiau nieko daugiau, kas nurodytų kryptį, neradome. Peržiūrėję tiesioginius duomenis patvirtinome, kad aukštos įtampos akumuliatoriaus įkrovos lygis (SOC) buvo 3 % – tai patvirtino ir automobilio garsiniai bei vaizdiniai įspėjimai įjungus degimą.
Kaip matyti iš vaizdo, 3 % reiškia, kad imobilizacijos riba visai netoli. Aukštos įtampos akumuliatoriui tai pavojingas lygis, nes galiausiai pasiekiamas taškas, kai įkrauti nebepavyksta net prijungus EVSE. Jei įkrova nukristų dar žemiau, akumuliatorių tektų išimti ir įkrauti aukštos įtampos akumuliatorių atkūrimo sistema. Yra įrankių, kuriuos galime naudoti, jei aukštos įtampos akumuliatorius visiškai išsikrovė ir automobilio nebeperjungia į parengties (ready) režimą, tačiau visiems geriau, jei iki tokios stadijos apskritai neprieinama!
Kad geriau suprastume, kas vyksta prijungus įkroviklį prie automobilio, turime žinoti, koks elgesys yra numatytas. Paprastai dauguma elektromobilių laikosi SAE J1772 standarto, kurį naudoja tiek automobilis, tiek EVSE, kad prieš prasidedant įkrovimui susisiektų ir praneštų savo būseną. Tai galima rasti ir vėlesniame IEC 61851 standarte. Kai kurie iš to iškrenta – CHAdeMO ir Tesla specifinės jungtys veikia kiek kitaip. 2 tipo versija su automobiliu susisiekia naudodama PWM signalą bei rezistorių ir tranzistorių grandinę, valdančią elektros kelią. Kaip minėjau pradžioje, tai nėra mokymų pakaitalas. Kiekvienam patarčiau įgyti sertifikatą darbui su hibridiniais ir elektriniais automobiliais. Jungtinėje Karalystėje yra kelios galimybės, populiariausias – IMI kelias. ZF taip pat siūlo High Voltage Expert programą per savo techninių mokymų sistemą. Labai trumpai: EVSE ir automobilis bendrauja PP ir CP grandinėmis. 2 tipo jungtyse PP praneša automobiliui, kad jungtis prijungta, ir nurodo didžiausią srovę, kurią jungtis gali perduoti. EVSE fiziškai gali perduoti daugiau, bet automobilis ims tik tokią srovę, kokiai jungtis yra pritaikyta, kad ši neperkaistų.
CP grandinė apibrėžia skirtingus automobilio prijungimo etapus. Kol prie automobilio neprijungta, iš CP kontakto turi būti pastovus +12 V signalas, kol jungtis įkišama į automobilio lizdą. Prijungus, dėl kelių rezistorių, tie +12 V nukrenta iki maždaug 9 V. Tai praneša EVSE, kad ryšys su automobiliu užmegztas, ir dabar ji siunčia 1 kHz, ±12 V PWM signalą. Šis PWM signalas svarbus, nes jo užpildos koeficientas nustato, kiek srovės prieinama automobiliui – ji vis tiek ribojama jungties klase. Kai automobilis įsitikina, kad visos sąlygos įvykdytos, jis persijungia į kitą rezistorių. Šis nutempia +9 V signalą iki maždaug +6 V ir prasideda įkrovimas. Priklausomai nuo automobilio funkcijų, galimi ir kiti įtampos lygiai, pavyzdžiui, akumuliatoriaus bloko vėdinimui, tačiau svarbiausi yra +9 V ir +6 V.
Imdamasis visų būtinų priemonių savo ir įrangos saugumui užtikrinti, aktyviuoju diferenciniu zondu prisijungiau prie CP grandinės ties borto įkrovikliu (OBC). Ištraukiau iš automobilio raktelį, kad prijungimo sąlygos atitiktų kliento aprašytas, ir įkišau įkrovimo jungtį į automobilio lizdą.
- EVSE prijungta prie automobilio
- Prasideda PWM signalas, įtampa nukrenta iki maždaug 8,5 V
- Laukimo laikas, kol prasidės įkrovimas
- 1 kHz PWM dažnis
- Matematinis užpildos kanalas rodo 17 %
Iš aukščiau pateikto įrašo matome, kur automobilis aptiko EVSE, ir matome, kaip prasideda 1 kHz signalas. Tai kartu su jungties užsifiksavimu rodo, kad PP grandinė turi būti tvarkinga. Kadangi PP kontaktas susijungia pirmasis, jei čia kas nors būtų negerai, PWM signalo apskritai nematytume. Galbūt paklausite, kodėl signalo formoje matomi +9 V ir +6 V, bet kartu ir –12 V? EVSE generuoja ±12 V stačiakampį signalą, siunčiamą CP grandine. OBC viduje yra diodas, blokuojantis neigiamą dalį, bet kadangi esame prisijungę OBC išorėje, osciloskopas mato ir teigiamą, ir neigiamą signalo dalį.
Įrašą palikome veikti ir tikėjomės, kad PWM signalo įtampos lygis nukris – tai reikštų, kad automobilis priėmė jungtį ir uždarė aukštos įtampos akumuliatoriaus kontaktorius, leisdamas OBC krauti akumuliatorių. Tačiau šio pokyčio taip ir nepamatėme. Kas galėtų neleisti kontaktoriams užsidaryti? Signalų mainai tarp EVSE ir automobilio atrodė geri, tad liko iš esmės tik ryšys tarp OBC ir akumuliatoriaus valdymo sistemos (BMS). Į dirbtuves automobilis atvažiavo be jokių įspėjamųjų lempučių, tad važiavimo savybės geros. Problema buvo tik įkrovimas.
Kita dalis buvo labiau sėkmės nei įžvalgos nuopelnas, bet kartais malonu, kai sėkmė tavo pusėje! Vėl prijungiau diagnostikos skaitytuvą, kad dar kartą patikrinčiau, ar nepasikeitė gedimo kodai, o tam reikėjo įjungti degimą. Tačiau buvau pamiršęs, kad palikau prijungtą EVSE. Žinau, ne pati geriausia praktika. Vis dėlto tada pastebėjome, kad EVSE spragtelėjo, o CP signalo forma nukrito į kitą pakopą. Esu tikras, kad toks elgesys nėra numatytas, bet jis logiškas. Perjungus automobilį į parengties režimą, kontaktoriai užsidaro. Atjungus EVSE, tada įjungus degimą ir tik po to vėl prijungus EVSE, gavome tokį vaizdą, kokio ir tikėjomės.
Šiuo metu pridėjome srovės reples, kad patikrintume, ar srovė tikrai teka.
Kaip ir tikėtasi, palikus įjungtą degimą ir prijungtą įkroviklį, matėme, kad srovė iš tinklo teka į OBC. Palikus taip kurį laiką, akumuliatoriaus įkrovos lygis pakilo nuo 3 % iki 12 %, garsinis įspėjimas nustojo kartotis, o rida padidėjo. Informavome klientą, kur mus nuvedė patikros, ir kad tai, panašu, ryšio tarp OBC ir BMS problema, dėl kurios prijungus įkroviklį kontaktoriai lieka atviri.
Man reikėjo tolesnių patikrų, kad būčiau visiškai patenkintas, tačiau, kaip klientai kartais daro, jie nusprendė surinktą informaciją nunešti į kitas dirbtuves, kur buvo pakeistas OBC. Sutinkame, kad tai galėjo būti sugedusi dalis, tačiau prieš keičiant nebuvo atlikta jokios papildomos diagnostikos. Jei įmanoma atlikti dar keletą patikrų, kodėl gi jų neatlikus, kad būtumėte ramūs prieš pradėdami keisti dalis, kurios gali gedimo ir neišspręsti?
Šiuo atveju OBC problemos neišsprendė. Vieno dalyko nė vienas iš mūsų neįvertinome – kai kurių gamintojų taikomų akumuliatoriaus nuomos programų. Nors apie tokias programas žinojau, su tokiu automobiliu dirbti nebuvo tekę, o diagnozuojant elektromobilius į tai reikėtų atsižvelgti visiems! Ko nežinojau, tai kad nesumokėjus už akumuliatoriaus nuomą gamintojas gali nuotoliniu būdu uždrausti aukštos įtampos akumuliatoriui krautis – būtent tai ir buvo nutikę šiam automobiliui. Dabartinis savininkas nebuvo pirmasis, o pirkdamas automobilį jis nebuvo iki galo informuotas apie tą smulkmeną dėl akumuliatoriaus nuomos. Dėl to Renault nuotoliniu būdu uždraudė akumuliatoriui krautis, apie tai dabartinio savininko neįspėjusi. Vis dėlto keista, kad nei automobilis, nei jo duomenų srautas niekaip nenurodė, jog akumuliatorius yra išjungtas. Žvelgiant iš nepriklausomų dirbtuvių perspektyvos: jei toks automobilis atvažiuotų, o jūs nežinotumėte, kad akumuliatorius gali būti išjungtas nuotoliniu būdu, tai galėtų kainuoti be galo daug laiko ir pinigų.
Kaip minėjau pradžioje, prašome nenaudoti šios medžiagos kaip mokymo vadovo. Sąmoningai praleidau prijungimo schemas ir dalį techninės informacijos, tikėdamasis, kad norintieji diagnozuoti tokius automobilius įgis tinkamus ir patvirtintus mokymus. Vis dėlto tikiuosi, kad tai padės paaiškinti kai kurias naujas kliūtis, su kuriomis susiduriame dirbdami su elektromobiliais. Taip pat tikiuosi, kad tai įkvėps naują norą sužinoti daugiau apie tai, kaip ši nauja technologija ateityje paveiks mūsų dirbtuves. Noriu padėkoti Danieliui Mayo už galimybę prisidėti sprendžiant šį iššūkį ir Peteriui Melville’iui iš HEVRA už nuolatinę techninę pagalbą.
Straipsnis išverstas iš Pico Technology bibliotekos su gamintojo leidimu. Originalas: picoauto.com. PicoScope įrangą rasite mūsų kataloge.