Автомобиль / Силовая установка / Электрическая силовая установка

Электрическая силовая установка

Электрическая силовая установка преобразует электрическую энергию тяговой батареи в крутящий момент для движения автомобиля, возвращает часть кинетической энергии при рекуперативном торможении, управляет зарядкой и поддерживает безопасную температуру высоковольтных компонентов. К ней относятся высоковольтная батарея, система управления батареей BMS, силовые контакторы, инвертор, тяговый электродвигатель, редуктор, бортовое зарядное устройство, DC/DC-преобразователь, зарядный разъем, высоковольтные кабели и система теплового управления.

Образец правильного английского перевода: электрическая силовая установка - Electric Powertrain; высоковольтная тяговая батарея - High-Voltage Traction Battery; система управления батареей - Battery Management System; тяговый инвертор - Traction Inverter; тяговый электродвигатель - Traction Motor; бортовое зарядное устройство - On-Board Charger; преобразователь постоянного напряжения - DC/DC Converter; зарядный разъем - Charge Port; силовой контактор - High-Voltage Contactor; состояние заряда - State of Charge; состояние здоровья батареи - State of Health; сопротивление изоляции - Insulation Resistance; рекуперативное торможение - Regenerative Braking; система теплового управления - Thermal Management System.

Эта страница открывает тематический кластер «Электрическая силовая установка» и связана со страницами «Высоковольтная батарея электромобиля», «Зарядная система», «Редуктор электромобиля», «Тепловое управление батареей», «Тяговый электродвигатель электромобиля», «Диагностика - Электрическая силовая установка», «Неисправности - Электрическая силовая установка», «Обслуживание - Электрическая силовая установка», «Ремонт - Электрическая силовая установка» и «Симптомы - Электрическая силовая установка».

Для обслуживания тепловых и низковольтных контуров электромобиля могут быть релевантны охлаждение и отопление, охлаждающие жидкости, дистиллированная вода, водяные насосы, патрубки системы охлаждения, датчики управления и реле. Однако высоковольтные компоненты не подбирают только по внешнему виду или общему названию: нужны VIN, точный номер, версия программного обеспечения, совместимость с конкретной батареей и процедура производителя.

Главный принцип: электрическая силовая установка является единой взаимосвязанной системой. Отказ перехода в режим Ready, прерывание зарядки или ограничение мощности не доказывают неисправность батареи, инвертора или электродвигателя отдельно. Сначала нужно считать все модули, проверить низковольтное питание, условия безопасности, изоляцию, температуры и разрешение на замыкание высоковольтных контакторов.

Не прикасайтесь к оранжевым кабелям, высоковольтным разъемам и открытым компонентам.
Не отключайте тяговую батарею без обучения, средств защиты и процедуры производителя.
Не считайте автомобиль безопасным только потому, что зажигание выключено или режим Ready не активен.
Не разбирайте корпус батареи после удара, затопления, перегрева, появления дыма или резкого химического запаха.
Не измеряйте высоковольтные цепи обычным мультиметром и обычными щупами.
Не перемыкайте контакторы, пилотные линии зарядного разъема или цепь блокировки наугад.
Не используйте неподходящую охлаждающую жидкость. Требования могут отличаться от системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
Не стирайте коды до сохранения стоп-кадров и параметров всех связанных модулей.

Содержание

Назначение электрической силовой установки
Основные компоненты
Высоковольтная тяговая батарея
Система управления батареей BMS
Контакторы, предзаряд и сервисный разъединитель
Инвертор и силовая электроника
Тяговый электродвигатель
Редуктор и механическая передача
Зарядная система
Бортовое зарядное устройство
DC/DC-преобразователь и система 12 В
Рекуперативное торможение
Тепловое управление батареей
Как автомобиль переходит в режим Ready
Основные симптомы неисправности
Электромобиль не заряжается
Ограничение или потеря мощности
Уменьшение запаса хода
Перегрев тяговой батареи
Высоковольтная безопасность
Базовая логика диагностики
SOC, SOH и балансировка ячеек
Контроль высоковольтной изоляции
Обслуживание
Ремонт и замена компонентов
С чем нельзя путать неисправность
Базовый алгоритм проверки
Контроль после ремонта
Типичные ошибки
Товарные группы TESMA
Частые вопросы

Назначение электрической силовой установки

Электрическая силовая установка обеспечивает накопление, преобразование и передачу энергии. Во время разгона батарея подает постоянный ток к силовой электронике, инвертор формирует ток для электродвигателя, а электродвигатель через редуктор передает момент на колеса. Во время замедления поток энергии может изменить направление: электродвигатель работает как генератор, а часть энергии возвращается в батарею.

контролировать напряжение и температуру ячеек;
ограничивать ток в опасных условиях;
обеспечивать электрическую изоляцию высоковольтной сети;
поддерживать нужную температуру батареи и силовой электроники;
согласовывать работу зарядного оборудования;
питать низковольтную сеть через DC/DC-преобразователь;
управлять рекуперативным торможением;
отключать высоковольтную систему при аварии;
сохранять диагностические данные о критических событиях.

Основные компоненты

высоковольтная тяговая батарея;
модули и отдельные ячейки батареи;
BMS и модули контроля ячеек;
высоковольтные контакторы;
цепь предзаряда;
сервисный разъединитель;
высоковольтный распределительный блок;
тяговый инвертор;
тяговый электродвигатель или несколько электродвигателей;
редуктор и дифференциал;
бортовое зарядное устройство;
DC/DC-преобразователь;
зарядный разъем и зарядный кабель;
высоковольтный компрессор кондиционера;
электрический отопитель или тепловой насос;
контуры охлаждения батареи, инвертора и электродвигателя;
высоковольтные кабели и цепь межблокировки.

Высоковольтная тяговая батарея

Высоковольтная батарея электромобиля состоит из последовательно и параллельно соединенных ячеек, объединенных в модули. Внутри корпуса также могут находиться датчики температуры, контакторы, предохранители, датчик тока, сервисный разъединитель, блок распределения энергии и часть электроники BMS.

напряжение каждой группы ячеек;
разница между самым высоким и низким напряжением;
температура модулей;
внутреннее сопротивление;
доступная емкость;
максимально разрешенный ток заряда и разряда;
количество циклов;
история перегрева, переохлаждения или глубокого разряда;
герметичность корпуса и отсутствие механических повреждений.

Система управления батареей BMS

BMS контролирует батарею и определяет, какой ток она может безопасно принять или отдать. Она вычисляет SOC и SOH, контролирует напряжение и температуру ячеек, управляет балансировкой, контакторами и передает ограничения другим блокам автомобиля.

одна ячейка достигла предельного напряжения;
напряжения групп существенно различаются;
батарея слишком холодная или горячая;
ток превышает допустимое значение;
обнаружено низкое сопротивление изоляции;
контакторы работают неправильно;
есть ошибка датчика тока или температуры;
потеряна связь между модулями;
параметры батареи не соответствуют записанной конфигурации.

Контакторы, предзаряд и сервисный разъединитель

Высоковольтные контакторы подключают батарею к силовой сети автомобиля. Перед основным замыканием используется цепь предзаряда, которая постепенно заряжает конденсаторы инвертора и уменьшает пусковой ток.

неисправен резистор предзаряда;
неисправно реле предзаряда;
сварены или подгорели контакты контактора;
недостаточное напряжение 12-вольтовой батареи;
обрыв цепи управления;
неисправность инвертора или другого высоковольтного потребителя;
разомкнута цепь межблокировки;
активна аварийная команда после столкновения.

Инвертор и силовая электроника

Инвертор преобразует постоянное напряжение батареи в управляемый многофазный ток для тягового электродвигателя. При рекуперации он выполняет обратное преобразование и возвращает энергию в батарею.

напряжение высоковольтной сети;
температура силовых модулей;
качество охлаждения;
сигналы датчиков тока и положения ротора;
изоляция электродвигателя и кабелей;
корректная работа программного обеспечения;
отсутствие внутренних коротких замыканий.

Неисправность инвертора электромобиля может вызвать отсутствие режима Ready, аварийное ограничение мощности, рывки, ошибки фазного тока или прекращение рекуперации.

Тяговый электродвигатель

Тяговый электродвигатель электромобиля создает крутящий момент с нулевой скорости и может работать как генератор. В конструкции используются обмотки статора, ротор, подшипники, датчик положения или скорости, корпус и система охлаждения.

снижение мощности;
рывки при разгоне;
гул или вибрация;
ошибки положения ротора;
перегрев статора или подшипников;
ухудшение изоляции обмоток;
металлическая стружка в масле редуктора;
аварийное отключение при нагрузке.

Редуктор и механическая передача

Редуктор электромобиля уменьшает частоту вращения электродвигателя и передает момент к дифференциалу и приводам колес. В большинстве электромобилей он имеет одну фиксированную передаточную пару, но требует масла, исправных подшипников и герметичных уплотнений.

гул, изменяющийся со скоростью;
вибрация под нагрузкой;
утечка масла;
повышенная температура корпуса;
стружка в масле;
люфт выходных валов;
повреждение подшипников;
неправильный уровень или тип масла.

Зарядная система

Зарядная система обеспечивает обмен данными между автомобилем и зарядной станцией, проверяет допустимые условия, блокирует разъем, контролирует изоляцию и передает энергию к батарее.

подключение кабеля;
пилотный сигнал и допустимый ток;
состояние блокировки разъема;
напряжение сети или зарядной станции;
температуру разъема и силовых контактов;
состояние изоляции;
SOC и температуру батареи;
разрешенную мощность зарядки;
работу бортового зарядного устройства или внешней DC-станции.

Бортовое зарядное устройство

Бортовое зарядное устройство преобразует переменный ток внешней сети в постоянный ток для тяговой батареи. Его мощность определяет максимальную скорость зарядки переменным током, если другие элементы не создают дополнительных ограничений.

Неисправность бортового зарядного устройства возможна, если автомобиль не заряжается от AC-станции, но принимает быструю DC-зарядку. Перед заменой нужно проверить кабель, станцию, разъем, пилотные линии, сетевое напряжение, охлаждение и программные разрешения.

DC/DC-преобразователь и система 12 В

DC/DC-преобразователь снижает напряжение тяговой батареи до уровня низковольтной сети и заряжает 12-вольтовую батарею. Именно низковольтная батарея часто первой активирует блоки управления, контакторы, замки и системы связи.

отсутствие режима Ready;
хаотичные коды связи;
отказ замыкания контакторов;
невозможность разблокировать зарядный разъем;
прерывание запуска зарядки;
ошибки, похожие на неисправность высоковольтной батареи;
перезагрузка панели приборов.

Рекуперативное торможение

При рекуперации электродвигатель создает тормозной момент и возвращает энергию в батарею. Интенсивность рекуперации зависит от SOC, температуры батареи, сцепления колес, скорости, настроек автомобиля и допустимого зарядного тока.

батарея почти полностью заряжена;
батарея слишком холодная;
батарея перегрета;
активна система стабилизации;
есть неисправность ABS или датчика скорости колеса;
BMS ограничила зарядный ток;
обнаружена ошибка инвертора или электродвигателя.

Тепловое управление батареей

Тепловое управление батареей поддерживает температуру, при которой ячейки могут безопасно отдавать и принимать мощность. В зависимости от конструкции используются жидкостные контуры, электрические насосы, клапаны, теплообменники, холодильный контур, нагреватели или тепловой насос.

ограничение быстрой зарядки;
снижение тяговой мощности;
неравномерная температура модулей;
ускоренная деградация батареи;
прерывание зарядки;
предупреждение о перегреве;
активная работа насосов или вентиляторов после остановки;
утечка специальной охлаждающей жидкости.

Как автомобиль переходит в режим Ready

Пробуждение низковольтных блоков.
Проверка напряжения 12-вольтовой батареи.
Авторизация ключа и проверка условий запуска.
Самодиагностика BMS и других модулей.
Проверка высоковольтной цепи блокировки.
Проверка изоляции.
Предзаряд конденсаторов силовой электроники.
Замыкание основных контакторов.
Подтверждение стабильного напряжения высоковольтной шины.
Разрешение инвертору создавать тяговый момент.

Если любое условие не выполнено, электромобиль не переходит в режим Ready, хотя освещение, мультимедиа и панель могут работать.

Основные симптомы неисправности

электромобиль не переходит в режим Ready;
автомобиль не заряжается;
зарядка прерывается;
мощность резко ограничена;
запас хода уменьшился;
быстрая зарядка стала значительно медленнее;
рекуперация слабая или отсутствует;
появилось предупреждение высоковольтной системы;
слышен гул, стук или вибрация привода;
растет температура батареи или инвертора;
постоянно работают насосы или вентиляторы;
есть утечка охлаждающей жидкости;
после зарядки 12-вольтовая батарея остается разряженной;
после ДТП или затопления автомобиль заблокировал высоковольтную систему.

Электромобиль не заряжается

Симптом «Электромобиль не заряжается» нужно оценивать отдельно для AC- и DC-зарядки.

неисправна зарядная станция или розетка;
поврежден зарядный кабель;
загрязнен или перегрет зарядный разъем;
не работает механизм блокировки штекера;
ошибка пилотного сигнала;
низкое напряжение батареи 12 В;
неисправно бортовое зарядное устройство;
низкое сопротивление высоковольтной изоляции;
слишком высокая или низкая температура батареи;
программное ограничение или запланированное время зарядки;
отсутствует связь с зарядной станцией;
BMS не разрешает заряд из-за состояния отдельной ячейки.

Ограничение или потеря мощности

Электромобиль теряет мощность, когда один из модулей уменьшает допустимый ток или инвертор не может сформировать нужный момент.

низкий SOC;
холодная или перегретая батарея;
большая разница напряжений ячеек;
деградация батареи;
перегрев инвертора;
перегрев электродвигателя;
ошибка датчика положения ротора;
неисправность системы охлаждения;
низкое сопротивление изоляции;
аварийный режим после диагностического кода;
механическое сопротивление в редукторе или подшипниках.

Уменьшение запаса хода

Резкое уменьшение запаса хода электромобиля не всегда означает мгновенную деградацию батареи. Расчет зависит от недавнего потребления энергии, температуры, скорости, отопления, кондиционирования, шин, рельефа и стиля движения.

фактический расход энергии;
доступную емкость батареи;
SOH и разброс напряжений ячеек;
температуру батареи;
давление в шинах и сопротивление качению;
работу тормозных механизмов;
потребление отопителя или кондиционера;
обновление программного обеспечения;
условия последних поездок;
наличие скрытого потребления во время стоянки.

Перегрев тяговой батареи

Перегрев тяговой батареи требует немедленной оценки условий и кодов. Продолжение быстрой зарядки или большой нагрузки может увеличить риск повреждения.

недостаточный уровень охлаждающей жидкости;
воздух в контуре;
неисправный электрический насос;
закрытый клапан;
засоренный теплообменник;
неисправность холодильного контура;
ошибка датчика температуры;
неравномерный нагрев одного модуля;
высокое внутреннее сопротивление ячеек;
неподходящая охлаждающая жидкость;
повреждение после удара или ремонта.

Высоковольтная безопасность

Высоковольтная система может сохранять опасную энергию даже после выключения автомобиля. Конденсаторам силовой электроники требуется время для разряда, а батарейный пакет остается источником напряжения до физического разделения внутренних цепей.

доступ к процедуре производителя;
изолированные средства индивидуальной защиты;
инструмент с соответствующим классом изоляции;
измерительное оборудование нужной категории;
возможность проверить отсутствие напряжения;
зона ограниченного доступа;
план действий при повреждении батареи или тепловом событии.

Базовая логика диагностики

Полная диагностика электрической силовой установки начинается не с разборки батареи, а со сбора информации.

Зафиксировать жалобу и точные условия появления.
Проверить напряжение и состояние батареи 12 В.
Считать все блоки, а не только общий OBD-модуль.
Сохранить коды, статусы и стоп-кадры.
Проверить, какие модули запрещают Ready или зарядку.
Просмотреть SOC, SOH, температуры и напряжения ячеек.
Проверить статус контакторов и предзаряда.
Проверить высоковольтную цепь блокировки.
Оценить данные контроля изоляции.
Проверить систему теплового управления.
Отделить неисправность зарядной станции от автомобиля.
Проверить версию программного обеспечения.
Выполнять высоковольтные измерения только по процедуре производителя.

SOC, SOH и балансировка ячеек

SOC показывает расчетный уровень заряда батареи, а SOH - ее остаточное состояние по сравнению с расчетным новым состоянием. Эти значения вычисляются BMS и не являются простым прямым измерением.

SOC зависит от учета тока, напряжения, температуры и калибровки;
SOH может учитывать доступную емкость и внутреннее сопротивление;
большой разброс ячеек может ограничивать полезную емкость;
балансировка выравнивает группы, но не восстанавливает изношенную ячейку;
одно число SOH не заменяет анализ напряжений, температур и поведения под нагрузкой.

Контроль высоковольтной изоляции

Высоковольтная сеть должна быть электрически изолирована от кузова. Снижение сопротивления может быть вызвано влагой, повреждением кабеля, утечкой охлаждающей жидкости, неисправностью компрессора, нагревателя, инвертора, электродвигателя или батареи.

Проверка высоковольтной изоляции электромобиля требует специального оборудования и правильной локализации неисправной ветви. Отсоединение компонентов выполняют только в безопасном обесточенном состоянии.

Обслуживание

проверка зарядного кабеля;
осмотр и очистка зарядного разъема;
контроль батареи 12 В;
проверка состояния охлаждающей жидкости;
поиск утечек в тепловых контурах;
проверка насосов, клапанов и вентиляторов;
контроль масла редуктора, если предусмотрено регламентом;
проверка защиты днища и корпуса батареи;
считывание истории критических событий;
обновление программного обеспечения электромобиля по процедуре производителя.

Ремонт и замена компонентов

После установки исправной детали автомобиль может оставаться заблокированным, если не выполнены кодирование, очистка аварийного статуса, адаптация или контрольная процедура производителя.

С чем нельзя путать неисправность

разряженную батарею 12 В с неисправностью тяговой батареи;
неисправную зарядную станцию с дефектом бортового зарядного устройства;
температурное ограничение с деградацией батареи;
уменьшение прогнозируемого запаса хода с реальной потерей емкости;
нормальное ограничение рекуперации при высоком SOC с неисправностью инвертора;
шум шин с шумом редуктора или электродвигателя;
ошибку ABS с неисправностью рекуперативного торможения;
поврежденный зарядный кабель с неисправностью зарядного разъема;
низкий уровень охлаждающей жидкости с внутренней неисправностью батареи;
программную блокировку после ДТП с механической неисправностью контакторов.

Базовый алгоритм проверки

Зафиксировать симптом, сообщение на панели и условия появления.
Проверить батарею 12 В и низковольтное питание.
Осмотреть автомобиль на следы удара, затопления, перегрева или утечки.
Считать все доступные блоки управления.
Сохранить коды, стоп-кадры и параметры до очистки.
Проверить SOC, SOH, температуры и напряжения групп ячеек.
Проверить статус Ready, контакторов и предзаряда.
Проверить цепь высоковольтной блокировки.
Оценить контроль изоляции.
Проверить тепловые контуры, насосы, клапаны и уровень жидкости.
При проблемах зарядки проверить другой кабель и станцию.
Отделить AC-зарядку от DC-зарядки.
Проверить версию программного обеспечения.
Выполнять дальнейшие высоковольтные тесты только по документации производителя.
После ремонта повторить тест в исходных условиях.

Контроль после ремонта

автомобиль стабильно переходит в режим Ready;
контакторы замыкаются без ошибок предзаряда;
коды неисправности не возвращаются;
сопротивление изоляции соответствует требованиям системы;
AC- и DC-зарядка работают в предусмотренных режимах;
зарядный разъем не перегревается;
температуры батареи равномерны;
насосы, клапаны и вентиляторы работают по команде;
нет утечки охлаждающей жидкости;
тяговый электродвигатель не создает постороннего шума;
редуктор герметичен;
мощность и рекуперация восстановлены;
DC/DC-преобразователь поддерживает низковольтную сеть;
после контрольной поездки нет новых предупреждений.

Типичные ошибки

начинать диагностику с разборки тяговой батареи;
не проверить батарею 12 В;
считать только один блок управления;
стереть коды до сохранения стоп-кадров;
считать любую ошибку изоляции неисправностью батареи;
заменить зарядное устройство без проверки кабеля и станции;
оценивать состояние батареи только по одному показателю SOH;
игнорировать температуру батареи;
использовать неподходящую охлаждающую жидкость;
открывать высоковольтные разъемы без процедуры обесточивания;
не проверить цепь предзаряда;
установить компонент без кодирования или программирования;
не повторить проверку зарядки и контрольную поездку.

Товарные группы TESMA

В каталоге TESMA для электрической силовой установки наиболее релевантны вспомогательные элементы теплового и низковольтного контуров. Высоковольтные компоненты нужно подбирать только по VIN, оригинальному номеру и точной конфигурации автомобиля.

Охлаждение и тепловое управление

Датчики и низковольтное управление

Частые вопросы

Что входит в электрическую силовую установку?

Тяговая батарея, BMS, контакторы, инвертор, тяговый электродвигатель, редуктор, зарядная система, бортовое зарядное устройство, DC/DC-преобразователь, высоковольтные кабели и тепловое управление.

Чем тяговая батарея отличается от батареи 12 В?

Тяговая батарея хранит энергию для движения, а батарея 12 В питает блоки управления, освещение, замки и начальное управление контакторами. Разряженная батарея 12 В может полностью заблокировать запуск исправного электромобиля.

Что означает режим Ready?

Это состояние, в котором высоковольтная система прошла проверки, контакторы замкнуты, инвертор получил разрешение и автомобиль готов создавать тяговый момент.

Почему электромобиль не переходит в Ready?

Возможны слабая батарея 12 В, ошибка изоляции, открытая цепь блокировки, неисправность предзаряда, контакторов, BMS, инвертора или активный аварийный статус.

Почему электромобиль не заряжается?

Причина может быть в станции, кабеле, разъеме, блокировке штекера, пилотном сигнале, бортовом зарядном устройстве, температуре батареи, изоляции или разрешении BMS.

Почему зарядка прерывается?

Проверяют перегрев контактов, нестабильную сеть, кабель, зарядную станцию, температуру батареи, охлаждение, ошибки изоляции и связь между автомобилем и станцией.

Что такое SOC?

SOC - расчетный уровень заряда батареи. Он определяется BMS по току, напряжению, температуре и другим данным.

Что такое SOH?

SOH - оценка остаточного состояния батареи по сравнению с новой. Она может учитывать доступную емкость, внутреннее сопротивление и другие параметры.

Можно ли определить состояние батареи только по SOH?

Нет. Нужно оценивать доступную энергию, разброс ячеек, температуры, внутреннее сопротивление и поведение под нагрузкой и при зарядке.

Почему рекуперация временно слабая?

Это возможно при полностью заряженной, холодной или перегретой батарее, а также при ограничении со стороны ABS, BMS или системы стабилизации.

Нужно ли менять охлаждающую жидкость в электромобиле?

Это зависит от конструкции и регламента производителя. Используют только жидкость с нужной спецификацией, поскольку разные контуры могут иметь особые требования.

Можно ли самостоятельно отключить высоковольтную батарею?

Без обучения, средств защиты, соответствующего оборудования и процедуры производителя этого делать нельзя.

Что подтверждает успешный ремонт?

Стабильный режим Ready, отсутствие повторных кодов, нормальные параметры изоляции, исправная зарядка, равномерные температуры, восстановленная мощность и отсутствие утечек или перегрева.

Связанные страницы базы знаний TESMA

Что еще прочитать по этой теме

Вывод

Электрическая силовая установка объединяет тяговую батарею, BMS, контакторы, инвертор, электродвигатель, редуктор, зарядную систему, DC/DC-преобразователь и тепловое управление. Любой из этих компонентов может ограничить запуск, зарядку, рекуперацию или мощность, если система обнаруживает опасное состояние.

Правильный подход - начать с батареи 12 В, полного сканирования блоков, анализа SOC, SOH, температур, напряжений ячеек, контакторов, предзаряда, изоляции и теплового управления. Высоковольтные разъемы и корпус батареи не открывают без квалификации и процедуры производителя. После ремонта нужно подтвердить режим Ready, зарядку, изоляцию, температурную стабильность и отсутствие повторных кодов.