Автомобиль / Силовая установка / Гибридная силовая установка / Диагностика - Гибридная силовая установка / Проверка системы охлаждения батареи

Проверка системы охлаждения батареи

Проверка системы охлаждения батареи - диагностика тепловой системы, которая поддерживает рабочий температурный режим высоковольтной батареи гибридного или plug-in hybrid автомобиля. В технической англоязычной терминологии для процедуры можно использовать названия High-Voltage Battery Cooling System Check и HV Battery Cooling System Diagnostics. English-поле этой страницы в Генеральной карте TESMA не заполнено, поэтому эти названия являются техническими английскими эквивалентами, а не отдельно подтвержденным каноном TESMA.

Главная задача проверки - отличить реальную деградацию высоковольтной батареи от недостаточного теплоотвода. При перегреве BMS может ограничивать тяговую мощность, рекуперацию, чаще использовать ДВС и вводить систему в thermal derating даже при отсутствии критического внутреннего дефекта батарейных модулей.

Поэтому симптом «Батарея гибрида перегревается» не является автоматическим подтверждением неисправности самих элементов. Сначала проверяются воздухозаборник, фильтр, вентилятор, воздуховоды, насос, клапаны, теплообменник, жидкостный контур или HVAC/chiller - в зависимости от конструкции автомобиля.

Cooling и thermal management

На простой системе задача сводится главным образом к отводу тепла.

Более сложный thermal management может:

охлаждать батарею;
нагревать ее;
перераспределять тепло;
связывать батарейный контур с HVAC;
использовать refrigerant-to-coolant chiller;
управлять несколькими насосами;
переключать клапанами маршруты теплоносителя.

Поэтому сначала изучается реальная архитектура конкретной модели.

Типы охлаждения батареи

Воздушное

Воздух забирается из салона или другой предусмотренной конструкцией зоны и вентилятором направляется через батарейный пакет.

Основные элементы:

воздухозаборная решетка;
фильтр, если предусмотрен;
воздуховоды;
вентилятор;
каналы внутри батарейной зоны;
температурные датчики;
BMS или другой контроллер.

Жидкостное

Тепло передается от батареи к охлаждающей жидкости через соответствующий теплообменный элемент.

В системе могут использоваться:

электрический насос;
бачок;
шланги;
клапаны;
радиатор или теплообменник;
chiller;
датчики температуры;
контроль потока, если предусмотрен;
нагреватель на отдельных платформах.

Охлаждение через HVAC

На некоторых PHEV и HEV тепловой контур батареи связан с холодильной системой автомобиля.

В этом случае недостаточное охлаждение может быть связано с:

электрическим компрессором;
холодильным контуром;
клапанами;
chiller;
датчиками;
командами thermal management controller.

Эта архитектура применяется не на всех автомобилях.

Когда нужна диагностика охлаждения

батарея перегревается;
после длительной поездки уменьшается электрическая тяга;
после прогрева чаще включается ДВС;
при нагретой системе слабее рекуперация;
вентилятор батареи работает часто и громко;
есть temperature DTC;
есть cooling DTC;
снижается Charge Power Limit;
снижается Discharge Power Limit;
симптом сильнее летом;
проблема появилась после ремонта охлаждения;
проводились салонные работы рядом с воздухозаборником;
в автомобиле много шерсти, пыли или ворса;
тепловой контур мог пострадать при ДТП.

Почему перегрев не равен деградации

Температура зависит от количества производимого тепла и способности системы его отводить.

Повышено внутреннее тепловыделение

Возможна электрическая проблема или деградация батареи.

Недостаточно отводится нормальное количество тепла

Причиной могут быть:

забитый воздухозаборник;
грязный фильтр;
слабый вентилятор;
неправильно установленный воздуховод;
низкая циркуляция жидкости;
неисправный насос;
воздух в контуре;
неисправный клапан;
неэффективный теплообменник или chiller.

Поэтому проверка охлаждения должна дополнять диагностику высоковольтной батареи.

DTC и freeze frame

Перед удалением ошибок сохраняют:

полный список DTC;
статусы;
freeze frame;
Battery SOC;
температуры батареи;
Battery Current;
Charge Power Limit;
Discharge Power Limit;
команду вентилятора или насоса;
скорость автомобиля;
ambient temperature, если доступна;
режим нагрузки.

Cooling DTC является направлением проверки, а не готовым заключением о замене насоса, вентилятора или батареи.

Live Data

Температурные данные

Battery Temperature Sensor 1, 2, 3 и далее;
Battery Minimum Temperature;
Battery Maximum Temperature;
Battery Average Temperature;
Battery Inlet Air Temperature;
Battery Outlet Air Temperature;
Coolant Inlet Temperature;
Coolant Outlet Temperature.

Воздушная система

Battery Cooling Fan Request;
Battery Cooling Fan Speed;
Battery Fan Duty;
Fan Feedback;
Cooling Mode.

Жидкостный контур

Coolant Pump Request;
Coolant Pump Speed;
Pump Feedback;
Valve Requested Position;
Valve Actual Position;
Coolant Temperature;
Thermal Management Mode.

Реакция батареи

Battery Current;
Battery SOC;
Charge Power Limit;
Discharge Power Limit;
Battery Power;
Derating Status.

Requested и Actual

Высокий Fan Request, но низкая фактическая скорость

Проверяются вентилятор, питание, масса, проводка, механическое сопротивление и feedback.

Высокий Fan Request и высокая скорость вентилятора, но батарея перегревается

Необходимо проверить:

воздухозаборник;
фильтр;
воздуховоды;
реальный воздушный поток;
температуру входящего воздуха;
внутреннее тепловыделение батареи.

Высокий Pump Request, но температура не реагирует

Проверяется реальная циркуляция, а не только факт работы насоса.

Valve Requested не совпадает с Actual

Возможна проблема привода, проводки, заклинивания или калибровки.

Воздухозаборник

Расположение зависит от автомобиля.

Проверяют:

не закрыт ли он багажом;
не перекрыт ли чехлом сиденья;
нет ли пыли;
нет ли шерсти;
нет ли ворса;
не повреждена ли решетка;
правильно ли установлена обшивка.

Исправный вентилятор не сможет создать нужный поток, если вход перекрыт.

Фильтр

Фильтр присутствует не на всех автомобилях.

Если он предусмотрен, проверяют:

загрязнение;
правильность установки;
деформацию;
соответствие детали;
отсутствие нештатного слишком плотного материала.

Не следует самостоятельно добавлять фильтр туда, где производитель его не предусмотрел, без оценки влияния на сопротивление воздушному потоку.

Вентилятор батареи

Факт вращения недостаточен.

Проверяют:

реакцию на команду;
изменение скорости;
шум;
чистоту крыльчатки;
механическое сопротивление;
состояние корпуса;
питание;
массу;
feedback.

Воздуховоды

После ремонта салона или батареи канал может быть:

неправильно установлен;
разъединен;
пережат;
треснут;
перекрыт шумоизоляцией;
загрязнен.

Вентилятор в таком случае может работать нормально, но охлаждение батареи будет недостаточным.

Температура воздуха в салоне

Если система использует салонный воздух, его температура непосредственно влияет на эффективность охлаждения.

При оценке учитывают:

ambient temperature;
cabin temperature;
стоянку под солнцем;
работу кондиционера;
предыдущее батарейное нагружение.

Жидкостный контур

Сначала устанавливают, является ли контур батареи отдельным или связанным с другими высоковольтными компонентами.

Проверяются:

уровень теплоносителя по OEM-процедуре;
утечки;
шланги;
насос;
клапаны;
теплообменник;
chiller;
температурные датчики;
воздух в системе;
качество предыдущего ремонта.

Антифриз не выбирают по цвету

Цвет не является достаточной технической спецификацией.

Используется жидкость, соответствующая требованиям производителя конкретного контура.

Нельзя автоматически считать, что охлаждающая жидкость ДВС подходит для батарейного thermal management.

Электрический насос

Насос может:

не запускаться;
работать периодически;
работать с недостаточной скоростью;
вращаться без достаточного потока;
захватывать воздух;
иметь механический дефект;
получать неправильную команду.

Поэтому звук или вибрация насоса не являются подтверждением нормальной циркуляции.

Подтверждение циркуляции

Метод зависит от платформы.

Могут использоваться:

OEM active test;
requested/actual pump data;
температурная реакция;
штатный контроль потока;
допустимый визуальный контроль;
температуры до и после теплообменника.

Универсальной нормы потока для всех батарейных систем нет.

Воздух в жидкостной системе

После ремонта в контуре может остаться воздух.

Это вызывает:

нестабильную циркуляцию;
локальный перегрев;
шум насоса;
снижение теплоотвода;
необычную температурную картину;
повторный derating.

На некоторых автомобилях требуется специальный active test или OEM bleeding procedure.

Клапаны thermal management

Клапаны направляют поток по нужному контуру.

Проверяют:

requested position;
actual position;
питание;
проводку;
заклинивание;
active test;
температурную реакцию.

Исправный насос не поможет, если поток направлен не туда.

Chiller и HVAC

Если батарея связана с системой кондиционирования, по OEM-алгоритму оценивают:

запрос на охлаждение батареи;
работу электрического компрессора;
изменение температуры теплоносителя;
работу клапанов;
HVAC DTC;
работу chiller;
внешние причины ограничения.

Холодильный контур обслуживается только с оборудованием, предусмотренным для конкретного типа хладагента.

Температурные датчики

Неправильный температурный сигнал способен привести к:

излишне высокой скорости вентилятора;
недостаточному охлаждению;
ограничению Charge Power;
ограничению Discharge Power;
temperature DTC.

Поэтому температурные данные оценивают на физическую правдоподобность.

Cold soak

После длительной стоянки можно сравнить температурные датчики батареи между собой и с окружающими условиями.

Нелогичное значение требует проверки:

датчика;
проводки;
разъема;
BMS input;
правильности PID.

Универсальной допустимой разницы температур нет.

Температурное распределение

Повторяющаяся локальная горячая зона может быть вызвана:

неравномерным воздушным потоком;
перекрытым каналом;
плохим тепловым контактом;
повышенным тепловыделением конкретных модулей;
ошибочным датчиком.

Температурные данные сопоставляют с электрическим поведением соответствующей зоны батареи.

Charge Power Limit

При перегреве BMS может уменьшать разрешенную зарядную мощность.

Это может вызвать:

слабую рекуперацию;
изменение тормозного ощущения;
более активное использование фрикционных тормозов;
ограничение зарядки PHEV.

Поэтому при слабой рекуперации после прогрева проверяют температуру батареи и Charge Power Limit, а не только инвертор и тяговый электродвигатель.

Discharge Power Limit

Перегрев способен уменьшить разрешенную отдаваемую мощность.

Водитель может заметить:

слабый разгон;
меньшую электрическую помощь;
частое включение ДВС;
ограничение EV-режима;
предупреждение о сниженной мощности.

Охлаждение или деградация батареи

На проблему охлаждения сильнее указывают:

зависимость от погоды;
появление симптома после длительной нагрузки;
нормализация после остывания;
относительно равномерные block voltages;
грязный воздушный тракт;
проблемы вентилятора или насоса;
cooling DTC;
необычно быстрый рост температуры.

На внутреннюю проблему батареи сильнее указывают:

повторяющееся электрическое отклонение одного блока;
локальный нагрев вместе с электрическим дисбалансом;
подтвержденная исправность охлаждения;
низкие power limits при нормальной температуре;
battery deterioration DTC.

Насос или воздушная пробка

Обе проблемы способны уменьшить циркуляцию.

Учитывают:

pump request;
feedback;
звук;
температурную реакцию;
недавнее открытие контура;
OEM bleeding procedure;
признаки нестабильного потока.

Вентилятор или забитый канал

Если фактическая скорость вентилятора соответствует команде, но батарея продолжает нагреваться, необходимо проверять весь воздушный маршрут.

Причиной может быть:

закрытая решетка;
грязный фильтр;
отсоединенный воздуховод;
грязные внутренние каналы.

Повреждение системы охлаждения батареи

В структуре TESMA существует отдельная страница «Повреждение системы охлаждения батареи».

Текущая страница описывает диагностический алгоритм подтверждения проблемы, а страница неисправности - причины, проявления и последствия повреждения.

После очистки вентиляции

После очистки вентиляции высоковольтной батареи проверяют:

свободный воздухозаборник;
правильную сборку каналов;
отсутствие остаточного загрязнения;
работу вентилятора;
скорость нагрева;
потребность в высокой скорости вентилятора;
power limits;
повторное появление DTC.

Диагностическая и сервисная проверка

В Генеральной карте TESMA отдельно предусмотрена сервисная страница «Проверка охлаждения гибридной батареи».

Разница:

текущая страница - диагностика при симптоме или DTC;
сервисная страница - профилактический контроль при обслуживании.

45 шагов диагностики

Идентифицировать автомобиль по VIN.
Уточнить год выпуска и рынок.
Определить тип гибридной системы.
Определить конструкцию HV-батареи.
Найти OEM-схему thermal management.
Определить воздушное или жидкостное охлаждение.
Определить наличие HVAC/chiller.
Определить связь батарейного контура с другими контурами.
Записать жалобу.
Уточнить зависимость от окружающей температуры.
Уточнить зависимость от длительности поездки.
Уточнить режим появления - тяга, зарядка или рекуперация.
Проверить историю ремонта.
Уточнить, открывался ли жидкостный контур.
Проверить питание 12 V.
Выполнить полное сканирование ECU.
Сохранить DTC.
Сохранить freeze frame.
Проверить температуры батареи.
Проверить cold-soak plausibility.
Сравнить minimum и maximum temperature.
Проверить Battery SOC.
Проверить Battery Current.
Проверить Charge Power Limit.
Проверить Discharge Power Limit.
Проверить Cooling Request.
Проверить actual cooling response.
Для воздушной системы проверить воздухозаборник.
Проверить фильтр, если предусмотрен.
Проверить воздуховоды.
Выполнить active test вентилятора.
Сравнить requested и actual fan speed.
Проверить реальный воздушный поток.
Для жидкостной системы проверить теплоноситель по OEM-процедуре.
Проверить насос.
Проверить фактическую циркуляцию.
Сравнить requested и actual valve position.
Проверить теплообменник или chiller.
Проверить наличие воздуха.
Выполнить OEM bleeding procedure при необходимости.
Безопасно воспроизвести рабочую нагрузку.
Записать температуры, ток и power limits.
Проверить реакцию температуры на включение охлаждения.
Разделить слабый теплоотвод и повышенное тепловыделение батареи.
После ремонта повторить тот же контрольный режим.

Пять практических сервисных случаев

Случай 1 - шерсть в воздухозаборнике

После продолжительной поездки вентилятор часто работал на высокой скорости, а электрическая помощь снижалась.

Блоки батареи не показывали явного электрического дисбаланса. Воздухозаборник был сильно загрязнен шерстью и ворсом.

После очистки тепловой режим нормализовался.

Случай 2 - насос слышен, но потока недостаточно

Сканер показывал команду насоса, его работа была слышна, однако температура батареи продолжала расти.

Проверка показала недостаточную фактическую циркуляцию.

Вывод: звук насоса не заменяет проверку потока.

Случай 3 - перегрев после ремонта

После открытия жидкостной системы появился thermal derating.

Причиной оказалось неправильное удаление воздуха.

После OEM bleeding procedure нормальный тепловой режим восстановился.

Случай 4 - охлаждение исправно, но батарея греется

Охлаждающий контур работал правильно, однако одна зона батареи нагревалась быстрее и одновременно показывала электрическое отклонение под нагрузкой.

Вывод: необходимо диагностировать внутреннее тепловыделение батареи.

Случай 5 - слабая рекуперация из-за перегрева

После длительной нагрузки Charge Power Limit уменьшался вместе с ростом температуры батареи.

Инвертор и тяговая электрическая машина были исправны.

Вывод: температурная защита батареи может непосредственно изменить рекуперацию.

Типичные ошибки

1. Считать перегрев доказательством деградации

Сначала проверяют охлаждение.

2. Менять батарею без проверки воздухозаборника

Забитый канал способен вызвать серьезный derating.

3. Считать вращение вентилятора подтверждением потока

Воздушный тракт может быть перекрыт.

4. Менять вентилятор из-за громкой работы

Он может выполнять нормальную высокую команду.

5. Игнорировать фильтр

На соответствующих системах он существенно влияет на поток.

6. Устанавливать самодельный фильтр

Он способен создать чрезмерное сопротивление.

7. Игнорировать шерсть и ворс

Они быстро загрязняют салонный воздухозаборник.

8. Игнорировать салонную обшивку

Она может перекрывать канал после ремонта.

9. Считать звук насоса доказательством потока

Насос может работать без достаточной циркуляции.

10. Менять насос без проверки воздуха

Воздушная пробка дает похожие симптомы.

11. Не выполнять OEM bleeding procedure

Обычного долива может быть недостаточно.

12. Выбирать антифриз по цвету

Цвет не является спецификацией.

13. Использовать жидкость ДВС автоматически

Требования контуров могут различаться.

14. Использовать универсальную температуру перегрева

Порог определяет конкретная система.

15. Использовать универсальный расход насоса

Такой нормы для всех систем нет.

16. Диагностировать по одному датчику температуры

Нужна полная температурная картина.

17. Не проверять cold soak

Можно пропустить неправильный датчик.

18. Игнорировать Charge Power Limit

Он важен при слабой рекуперации.

19. Игнорировать Discharge Power Limit

Он важен при слабой тяге.

20. Менять тяговый мотор при thermal derating

Сначала находят причину ограничения.

21. Менять инвертор из-за слабой рекуперации

Причина может быть в температуре батареи.

22. Игнорировать HVAC/chiller

На части систем он участвует в охлаждении батареи.

23. Считать исправный насос доказательством исправности всей системы

Проблема может быть в клапане или теплообменнике.

24. Не выполнять контроль после ремонта

Нужно повторить исходные условия перегрева.

25. Вскрывать HV-батарею без необходимости

Первичную диагностику охлаждения обычно можно провести без открытия высоковольтного пакета.

Безопасность

Система охлаждения может находиться непосредственно рядом с потенциально смертельно опасной высоковольтной батареей.

Проверка внешнего воздухозаборника и чтение Live Data отличаются по уровню риска от работы внутри HV-пакета.

Если необходимо открыть батарею или работать с высоковольтными соединениями, требуются:

квалифицированный персонал;
OEM shutdown procedure;
PPE;
lockout;
защита от повторного подключения;
discharge wait производителя;
verify absence of hazardous voltage;
подходящее HV-измерительное оборудование.

Service plug сам по себе не гарантирует безопасность.

Универсального времени ожидания после отключения HV нет.

Горячий жидкостный контур может находиться под давлением и также требует безопасной сервисной процедуры.

Что подтверждает исправность охлаждения

температурные датчики физически правдоподобны;
температура изменяется логично;
насос или вентилятор выполняют команду;
воздушный или жидкостный поток реально существует;
после включения охлаждения температура реагирует ожидаемым образом;
нет cooling DTC;
Charge Power Limit не ограничивается необоснованным перегревом;
Discharge Power Limit не падает из-за thermal fault;
после рабочей нагрузки не возникает повторный derating.

Ремонт после локализации причины

В зависимости от результата возможны:

очистка воздухозаборника;
очистка или замена штатного фильтра;
очистка вентилятора;
ремонт или замена вентилятора;
восстановление воздуховода;
устранение утечки;
ремонт или замена насоса;
ремонт клапана;
ремонт теплообменника;
ремонт HVAC/chiller;
правильное заполнение и удаление воздуха;
ремонт датчика или проводки;
дальнейшая диагностика батареи при чрезмерном внутреннем тепловыделении.

Товарные группы TESMA

В проверенном перечне TESMA отдельной подтвержденной товарной категории для thermal management высоковольтной батареи нет. Поэтому общие категории приведены только как смежные, а применимость к конкретному HEV/PHEV необходимо подтверждать отдельно.

Антифриз - только для систем с жидкостным контуром и после проверки OEM-спецификации.
Охлаждение и отопление - общая группа компонентов; не все товары этой категории подходят для охлаждения высоковольтной батареи.

Связанные страницы базы знаний TESMA

Как отличить охлаждение от деградации?

Сопоставить температурную и электрическую картину и проверить фактическую работу охлаждения.

Нужно открывать батарею для первичной диагностики?

Обычно нет.

Service plug делает батарею безопасной?

Нет. Необходима полная OEM-процедура.

Когда проверка считается завершенной?

Когда подтверждены реальный поток, корректное управление, температурная реакция и отсутствие необоснованного thermal derating.

Вывод

Проверка системы охлаждения батареи необходима не только при явном перегреве. Снижение тяги, слабая рекуперация, частое включение ДВС и падение Charge или Discharge Power Limit после прогрева также могут быть последствиями недостаточного теплоотвода.

В воздушной системе проверяется весь путь воздуха - от воздухозаборника до вентилятора и каналов внутри батарейной зоны. В жидкостной системе необходимо подтвердить не просто вращение насоса, а реальную циркуляцию, работу клапанов, теплообменника, chiller и отсутствие воздуха.

Главное сервисное правило TESMA: если HV-батарея перегревается, не начинать с замены батарейного пакета. Сначала нужно доказать способность системы нормально отводить тепло. Если же охлаждение подтверждено как исправное, а конкретная зона батареи продолжает аномально нагреваться вместе с электрическим отклонением, необходимо искать источник повышенного тепловыделения уже внутри самой батареи.