搜索
动力电池组接触器粘连故障分析报告共16页中航锂电（洛阳）有限公司2017年6月动力电池组接触器粘连故障分析报告编写王星20170612校对审核批准动力电池组接触器粘连分析报告一、故障现象2017年6月7日上午，动力电池组（包括8个电池箱、1个高压箱A和1个高压箱B）在万山现场联调时，发现1桥和3桥供电的接触器出现粘连：现场操作过程描述如下：1、2017年6月7日上午，整车联调时，发现1档2档上电3档未上电情况下，负载1桥3桥带高压，初步判断相关继电器粘连；2、经查数据，发现2017年6月6日下午14点57分52秒（终端记录时间），负载未进行预充电，负载端电压如下图1所示。图1负载端电压记录（14:51:10至15:00:04）3、经操作状态检查，6月6日下午14点51分至15点之间的操作为：1档2档3档闭合持续一定时间后3档2档断开，开始对负载刷新程序（刷新程序过程中电压数据不记录），随后闭合2档3档后，发现负载空压机高压一直再降，随后断开3档。二、故障定位2.1工作原理2.1.1电池管理系统架构动力电池子系统的供电输出部分由8个电池组、1个高压箱A、1个高压箱B组成，其核心控制部分为电池管理系统。电池管理系统的硬件主要包括1个主控模块、8个从控模块以及3个控制模块（A1、A2和B）。其硬件架构如下图2所示。24串串串串8串串串2412串串-78133串串V3.1024串串串串8串串串2412串串-824串串串串8串串串2412串串-624串串串串8串串串2412串串-524串串串串8串串串2412串串-424串串串串8串串串2412串串-324串串串串8串串串2412串串-224串串串串8串串串2412串串-1CAN0串串串串串1串串串串串串串2串串串串串串串3串3#4#串串串串串串4串5#6#串串串串串串串串串串A1I/O串串串DOA1串K1串串串串串串串串DOA2串K2串串串串串串串串串串DOA3串K4串串串3#4#串串串串串DOA4串K5串串串5#6#串串串串串DOA5串K6串串串串串串串串串串串DOA6串K7串串串串串串串串串串串串DOA7串K8串串串串串串串串串串串串串串串1串串串串串串2串串串串串串串串3串串串串串4串串串串串串串串串串串A2I/O串串串DOA1串K3串串串串串串串串DOA3串K9串串串串串串串串串串串串DOA4串K10串串串1#2#串串串串串DOA5串K11串串串2#DCDC串串串串串DOA6串K12串串串串串串串串串串串DOA7串K13串串串串串串串串串串串串串串串1串1#2#串串串串串串2串2#DCDC串串3串串串串串串4串串串串串串串串串B串串CAN1串串串CAN2串串485图2电池管理系统硬件架构在电池管理系统的硬件架构中：1）主控模块为电池管理系统的核心控制模块，主要承担分析、计算、数据处理、与终端通信的功能，型号为8133，硬件版本号为：HV3.10，内部软件的版本号为：SV_C8133_b3_3.10.0.5。主控软件在功能上分为驱动层、中间层和应用层。其中驱动层和中间层代码已定型，应用层根据项目需求进行编写，主要包括子系统上下电流程的控制逻辑、内网通信协议（包括从控及控制模块）、充电机协议、终端通信协议、显控通信协议、配置文件（阈值参数表）等。其中配置文件见附表1所示。2）从控模块为电池管理系统的数据采集模块，主要分布在各个电池箱内，承担各单体电池的电压、温度、均衡采集等功能，各个模块硬件软件均相同，仅地址不同。型号为2412，硬件版本号为：HV3.11，内部软件的版本号为：SV：M-b3-3.11.4。软件硬件均已定型。3）控制模块为电池管理系统控制子系统上下电、及各类接触器的执行部分，各个模块硬件软件均相同，仅地址不同。硬件版本号为：HV1.0，内部软件的版本号为：JG3_b3_3.1.0.1.84。软件硬件均为此项目专门定制。2.1.2电池管理系统上下电流程图3电池管理系统上下电原理图图4电池管理系统控制回路图如图3图4所示，电池管理系统的上下电流程为：1）当1档上电时，电池管理系统上弱电自检，电池管理系统主控将母线预充状态以及所有负载预充状态设置为初始化状态；此外，从控模块即开始实时监控各单体电池状态，并将数据信息上传至主控模块进行分析、处理；2）当2档上电时，母线接触器线圈得24V正电，同时主控接收到外部2档上电信号，通过CAN0发送2档开关闭合指令给控制模块A1，由A1执行母线预充；当A1判断母线预充成功时，向主控发送母线预充成功的指令，并持续控制闭合中间继电器K1，并延时500ms断开母线预充接触器。而当K1闭合后，母线接触器的线圈得24V负电，从而母线接触器上电，母线回路通路；当主控接收到A1发送的母线预充成功的指令时，延时6s判断是否有3档上电信号；3）当3档上电时，所有负载接触器线圈得24V正电，同时主控接收到外部3档上电信号，通过CAN0发送3档开关闭合指令分别给控制模块A1、A2和B，由A1、A2、B同时且独立执行负载预充；当A1、A2、B均判断负载预充成功时，会分别向主控发送负载预充成功的指令；当主控接收到A1、A2、B分别发送的负载预充成功的指令时，向A2下达所有负载均已预充成功的指令，并延时500ms（所有负载接触器闭合时间小于500ms）后向A1、A2、B下发断开负载预充接触器的指令，随后等待3档退档信号以及2档退档信号；；当A2接收到所有负载均已预充成功的指令时，持续控制闭合中间继电器K3，而当K3闭合后，中间继电器A-KM9闭合，从而使得所有负载接触器的线圈得24V负电，从而各路负载接触器同时上电，所有负载回路均为通路；4）当3档下电时，各负载接触器线圈断电，主触点断开，各负载回路断路，同时主控接收到3档下电信号，清除3档上电的标志位，清除负载预充成功的标志位；5）当2档下电时，母线接触器线圈断电，主触点断开，母线回路断路，同时主控接收到2档下电信号，清除2档上电的标志位，清除母线预充成功的标志位；6）当1档下电时，电池管理系统电源断电。电池管理系统主控上下电流程图详见附件1。2.1.3控制模块A1上下电流程当控制模块A1接收到主控下发的2档闭合指令时，会开始执行母线预充，即闭合母线预充接触器。母线预充接触器闭合后开始计时并采集预充回路中的电流，每200ms将采集到的电流值取一次平均值，持续600ms共得到3个电流平均值，将这3个电流平均值再取平均值后与0.5A相比较（此为设计值，实际程序设定为与3.0A相比较，是由于实际采集电流为回路真实电流的6倍，以下均相同），当总平均值低于0.5A时，判断母线预充完成，将母线预充成功标志位置1，控制持续闭合中间继电器K1，并通过CAN0将母线预充成功指令发送给主控，随后计时500ms后，断开母线预充接触器；当总平均值高于0.5A时，则判断最后一次电流是否小于3A，当小于3A时持续以上步骤，直至计时时间多于3秒；当大于3A或者计时时间多于3秒则判断预充失败。当控制模块A1接收到主控下发的3档闭合指令时，会开始执行负载预充，即闭合负载预充接触器。负载预充接触器闭合后开始计时并采集预充回路中的电流，每200ms将采集到的电流值取一次平均值，持续600ms共得到3个电流平均值，将这3个电流平均值再取平均值后与0.5A相比较，当总平均值低于0.5A时，判断负载预充完成，将A1负载预充成功的指令发送给主控，随后等待主控发送的所有预充成功的指令；当总平均值高于0.5A时，则判断最后一次电流是否小于3A，当小于3A时持续以上步骤，直至计时时间多于3秒；当大于3A或者计时时间多于3秒则判断预充失败；当A1接受到主控下达的所有预充成功的指令时，计时500ms后，断开负载预充接触器；电池管理系统主控上下电流程图详见附件2。2.1.4控制模块A2上下电流程当控制模块A2接收到主控下发的3档闭合指令时，会开始执行负载预充，即闭合负载预充接触器。负载预充接触器闭合后开始计时并采集预充回路中的电流，每200ms将采集到的电流值取一次平均值，持续600ms共得到3个电流平均值，将这3个电流平均值再取平均值后与0.5A相比较，当总平均值低于0.5A时，判断负载预充完成，将A2负载预充成功的指令发送给主控，随后等待主控发送的所有预充成功的指令；当总平均值高于0.5A时，则判断最后一次电流是否小于3A，当小于3A时持续以上步骤，直至计时时间多于3秒；当大于3A或者计时时间多于3秒则判断预充失败；当A2接受到主控下达的所有预充成功的指令时，控制持续闭合中间继电器K3，计时500ms后，断开负载预充接触器；电池管理系统主控上下电流程图详见附件3。2.1.5控制模块B上下电流程当控制模块B接收到主控下发的3档闭合指令时，会开始执行负载预充，即闭合负载预充接触器。负载预充接触器闭合后开始计时并采集预充回路中的电流，每200ms将采集到的电流值取一次平均值，持续600ms共得到3个电流平均值，将这3个电流平均值再取平均值后与0.5A相比较，当总平均值低于0.5A时，判断负载预充完成，将B负载预充成功的指令发送给主控，随后等待主控发送的所有预充成功的指令；当总平均值高于0.5A时，则判断最后一次电流是否小于3A，当小于3A时持续以上步骤，直至计时时间多于3秒；当大于3A或者计时时间多于3秒则判断预充失败；当B接受到主控下达的所有预充成功的指令时，计时500ms后，断开负载预充接触器；电池管理系统主控上下电流程图详见附件4。2.2故障定位根据故障现象，建立其接触器主触点粘连的故障树，如下图5所示。接触器主触点粘连主触点通过超过其断开能力的大电流主触点通过超过其接通能力的大电流或主触点闭合时两端电压差极大X03预充完成的判断条件设计有误X01负载运行功率较大时，主触点断开X02负载停止运行时有较大的反向冲击电流X04预充策略失效X05因使用二极管浪涌抑制器导致主触点断开缓慢X06线圈控制电压不稳定X08电气寿命终结X07切换过渡时间过短图5故障树下面对可能的故障原因逐一分析。X01：负载运行功率较大时，主触点断开经查，在整机联调过程中，负载电机未使能，电机处于未运转状态，其稳态电流非常小，因此不存在负载运行功率较大，因此可排除此故障。X02：负载停止运行时有较大的反向冲击电流经查，在整机联调过程中，负载电机未使能，电机处于未运转状态，其稳态电流非常小，因此不存在负载运行停止，因此可排除此故障。X03：预充完成的判断条件设计有误经查，预充完成的判断条件为：预充接触器闭合后开始计时并采集预充回路中的电流，每200ms将采集到的电流值取一次平均值，持续600ms共得到3个电流平均值，将这3个电流平均值再取平均值后与0.5A相比较，当总平均值低于0.5A时，判断预充完成；否则判断最后一次电流是否小于3A，当小于3A时持续以上步骤，直至计时时间多于3秒；当大于3A或者计时时间多于3秒则判断预充失败。在阈值设定上，母线预充成功时，母线接触器闭合时两端电压差为0.5A×50Ω=25V，符合设计要求；负载预充成功时，负载接触器闭合时两端电压差为0.5A×100Ω=50V，符合设计要求。此外，经查历史数据记录，预充过程中的电压数据也均正常。因此预充完成的判断条件设计无误，故可排除此故障项。X04：预充策略失效经查历史数据发现，6月6日下午14点55分14秒（终端记录时间）时刻的上电过程中，负载1桥电机的端电压在1.7s内从0V上升至636.8V，负载2桥电机的端电压在1.7s内从0V上升至636.8V，负载3桥电机的端电压在1.7s内从0V上升至636.8V。通过负载端电压爬升时间可判断：该次负载上电时预充成功，且负载接触器正常闭合。随后在14点57分52秒（终端记录时间）时刻，在上电过程中，负载1桥的端电压在200ms内从83.2V上升至665.6V，负载1桥的端电压在100ms内从83.2V上升至662.4V，负载2桥的端电压在100ms内从86.4V上升至662.4V。通过负载端电压爬升时间可判断：该次负载上电时未进行预充电，负载接触器直接闭合。在随后