Testy EV: Weryfikacja stanu zdrowia wysuwa się na pierwszy plan

Dr Mark Quarto CTO – Quarto Technical Services

Po przepracowaniu ponad 32 lat w branży technologii pojazdów zelektryfikowanych, mam doświadczenie w większości obszarów rozwoju i inżynierii motoryzacyjnej. Doświadczenie to przeszedł od inżyniera serwisowego, inżyniera ds. rozwoju diagnostyki napędu / zarządzania energią, kierownika ds. inżynierii systemów elektryfikacji pojazdów, kierownika grupy inżynieryjnej systemów elektryfikacji pojazdów, a obecnie (po przejściu na emeryturę w 2012 r.) konsultanta i instruktora / mentora dla producentów OEM, producentów części zamiennych i rynku wtórnego w zakresie systemów zelektryfikowanych pojazdów. Bardzo podobało mi się konstruowanie jednych z najbardziej zaawansowanych pojazdów elektrycznych w historii motoryzacji, takich jak GM EV1, Chevrolet Tahoe/Yukon 2-Mode Hybrid, Chevrolet Spark Electric, Chevrolet Volt, Chevrolet Equinox Fuel Cell Demonstration Fleet i inne zaawansowane pojazdy koncepcyjne. Przez ostatnie 20 lat uważnie obserwowałem branżę, która doświadcza prawdziwej rewolucji w układach napędowych, ponieważ pojazdy zelektryfikowane (tj. pojazdy hybrydowe, pojazdy typu plug-in i pojazdy elektryczne) nadal wypełniają populację pojazdów. Rynek używanych i używanych pojazdów zelektryfikowanych nadal budzi obawy o to, jak technicy będą pewnie analizować i diagnozować elektryczne układy napędowe.

W szczególności diagnostyka silników napędowych i generatorów (maszyn elektrycznych – EM) oraz analiza stanu zdrowia (SOH) znalazły się w centrum uwagi diagnostyki i analizy motoryzacyjnej. Technicy motoryzacyjni wyrazili duże zainteresowanie nauką najnowocześniejszych procesów analitycznych i diagnostycznych, aby pomóc w określeniu SOH EM. W miarę starzenia się pojazdów zelektryfikowanych na rynku, pierwsi właściciele starszych pojazdów, drudzy właściciele i floty zadają sobie pytanie “jaki jest stan silnika napędowego i generatora (stojana i wirnika) przy określaniu SOH pojazdu?”. Ponadto technicy pracujący w terenie potrzebują metody “potwierdzenia” swojej analizy i diagnostyki w przypadku awarii elektrycznego układu napędowego. W szczególności, diagnostyka pokładowa pojazdów OEM może nie zapewniać kompleksowych metod analizy niezbędnych do określenia stanu starzejącego się EM lub zapewnienia jasności w określeniu, czy problem dotyczy EM lub jego modułu inwertera mocy (PIM). Ponieważ koszt systemu EM lub PIM może wynieść tysiące dolarów, identyfikacja i określenie pierwotnej przyczyny problemu ma kluczowe znaczenie. Co więcej, czas pracy wymagany do zidentyfikowania i potwierdzenia pierwotnej przyczyny problemu może być bardzo długi, zwiększając i tak już znaczny koszt naprawy. A jeśli systemy zostaną błędnie zdiagnozowane, koszty części i robocizny znacznie wzrosną. Ostatnią kwestią do rozważenia jest to, że ani rynek wtórny, ani producenci OEM nie wbudowali EM SOH jako części formalnego procesu testowania usług, jak ma to miejsce w przypadku technologii silników spalinowych (ICE). Na przykład, jeśli technik samochodowy zostałby zapytany o przyczyny tradycyjnej przerwy w zapłonie ICE, wahania obrotów, stan ubogiej/bogatej mieszanki itp., przeprowadzenie konkretnych / ukierunkowanych testów byłoby dla niego drugą naturą. Niektóre z tych testów silnika obejmują wyważenie cylindrów, kompresję, szczelność cylindrów, przebiegi podciśnienia, testy układu zapłonowego itp. Testy te są endemiczne i wpisane w DNA sposobu, w jaki technicy motoryzacyjni testują, analizują i diagnozują samochodowe układy napędowe. Jeśli jednak ci sami technicy motoryzacyjni zostaną zapytani o to, jak testować elektryczny układ napędowy, większość z nich może być w stanie wymienić jeden lub dwa rodzaje testów, ale zupełnie nie zna dodatkowych elementów testowych, które są wykorzystywane w analizie EM i związanych z nimi trybów awarii. W tym tkwi podstawowa luka między obecnym poziomem analizy i diagnostyki EM w branży motoryzacyjnej, a obszarami testów, które należy zrozumieć, aby zapewnić dokładną analizę i diagnostykę. Podsumowując, serwis samochodowy jest bardzo niewtajemniczony w dziedzinie analizy EM układu napędowego, diagnostyki i umiejętności określania EM SOH.

Droga mniej uczęszczana

Kiedy przez lata rozmawiałem z wieloma technikami i instruktorami motoryzacyjnymi, większość z nich szybko przyznała, że ma minimalne doświadczenie w testowaniu, analizowaniu i diagnozowaniu systemów EM. Chociaż technicy są dobrze zorientowani w metodologiach diagnostycznych dla tradycyjnych samochodowych układów napędowych, ich doświadczenia są drogą mniej uczęszczaną w przestrzeni elektrycznych układów napędowych. W trakcie mojej 32-letniej kariery w dziedzinie inżynierii produktów i usług związanych z pojazdami zelektryfikowanymi doszedłem do wniosku, że ani dealerzy OEM, ani technicy rynku wtórnego nie rozwinęli wymaganych technik analizy i diagnostyki EM poprzez szkolenia i doświadczenie. W dużej mierze może to wynikać z faktu, że motoryzacja jest zakorzeniona w systemach mechanicznych, a nie elektronicznych lub elektrycznych. W związku z tym podstawowy zestaw umiejętności tradycyjnego technika nie koncentrował się na elektryce/elektronice, co ograniczyło ekspozycję technika na koncepcje elektryczne/elektroniczne, tak niezbędne do udoskonalenia technik analizy elektrycznych układów napędowych. Te komentarze nie mają na celu osądzania. Mają one raczej na celu dostarczenie obserwacyjnych informacji zwrotnych dla branży usług motoryzacyjnych, aby zastanowić się, dokąd należy się udać: drogą mniej uczęszczaną.

Od dziesięcioleci ściśle współpracuję z wieloma szkołami technicznymi, uczelniami wyższymi i uniwersytetami zajmującymi się technologią i inżynierią motoryzacyjną i mogę stwierdzić, że istnieje niewiele instytucji, które zajmują się analizą i diagnostyką układów napędowych pojazdów zelektryfikowanych. Może istnieć wiele przyczyn tego stanu w naszych szeregach edukacyjnych, ale niezależnie od przyczyn, rezultatem jest luka technologiczna, którą należy wypełnić, aby pomóc technikom w szkoleniu ich w zakresie identyfikacji i potwierdzania wskaźników wydajności i SOH poprzez solidną analizę i procesy diagnostyczne. Ponadto zapewnienie technikom samochodowym metod analizy i diagnostyki, które skracają czas nauki technik analizy i testowania układów napędowych pojazdów zelektryfikowanych, jest kolejnym krytycznym krokiem w zwiększaniu i rozwijaniu umiejętności techników w zakresie zaawansowanych systemów elektrycznych.

Aktualny stan analizy i diagnostyki EM

W dziedzinie technologii usług motoryzacyjnych istnieje niewiele zasobów, które technicy mogą zdobyć i wykorzystać w analizie i diagnostyce systemów EM. Producenci OEM z branży motoryzacyjnej ograniczyli szkolenia techników i sprzęt testowy do niezbędnego minimum. W ramach pokładowego systemu diagnostycznego nie ma diagnostyki monitorującej EM SOH. Większość systemów diagnostycznych jest nastawiona na identyfikację katastrofalnych awarii, a części EM nie są monitorowane diagnostycznie. W związku z tym istnieje znaczna luka w technologii, która pomaga technikom w prognostycznej identyfikacji nadchodzących awarii EM, dzięki czemu właściciel pojazdu może zostać poinformowany o SOH elektrycznego układu napędowego. Rynek wtórny ma więcej opcji szkoleniowych, ale większość osób lub firm szkoleniowych nie jest profesjonalnie przeszkolona w zakresie technologii elektrycznych układów napędowych. Co więcej, tryby awarii, których doświadcza dealer OEM, mogą znacznie różnić się od tych, których doświadcza rynek wtórny. Jeśli chodzi o segment szkoleniowy, większość trenerów/dostawców na rynku wtórnym jest zazwyczaj samoukami i brakuje im profesjonalnego szkolenia w zakresie elektrycznych i mechanicznych nauk o elektrycznych układach napędowych, a zatem są zdegradowani do nauczania lub korzystania z diagnostyki awarii wzorców. Ponadto większość technik diagnostycznych, które są stosowane na rynku wtórnym, ujawniłaby tylko niewielki procent wszystkich możliwych trybów awarii EM. Co więcej, moje obserwacje dotyczące tego, jak rynek wtórny i producenci OEM poinstruowali techników, jak zidentyfikować niewielki procent trybów awarii EM, były w najlepszym razie pobieżne. Obecnie technicy w dużej mierze polegają na wzorcach (rozpoznawaniu) awarii systemów jako metodzie identyfikacji pierwotnej przyczyny awarii tradycyjnych systemów (ICE). Niestety, technologie mechaniczne, elektryczne i magnetyczne układów napędowych EM rozwijają się tak szybko, że awarie wzorców zostałyby zdegradowane do mniej skutecznego podejścia diagnostycznego. Bez solidnych podstaw technicznych w technologii EM, analiza i diagnostyka będą dla technika dosłowną walką pod górę. Nauka analizy EM i technik diagnostycznych wymaga znacznego szkolenia i doświadczenia, które stanowią wyzwanie nawet dla doświadczonych diagnostów, chyba że sprzęt do analizy i testowania może szorować dane elektryczne i magnetyczne, aby ułatwić zadanie analizy i diagnostyki. Technicy samochodowi są już przytłoczeni ogromną liczbą kursów, w których uczestniczą rocznie, aby być na bieżąco z tradycyjnymi technologiami silników spalinowych (ICE). A ponieważ technologia ICE obejmuje większość codziennych interakcji dla technika, uzasadnienie przydzielenia znacznej liczby godzin szkoleniowych na naukę elektrycznych układów napędowych jest dla nich (i właściciela firmy) uciążliwym zadaniem. Rynek motoryzacyjny osiągnął jednak punkt kulminacyjny. Ilość pojazdów zelektryfikowanych na rynku, które zbliżają się do końca okresu gwarancyjnego lub już go nie mają, zaczyna osiągać znaczące liczby. Dlatego też wolumeny te nie mogą być dłużej ignorowane, zwłaszcza przez motoryzacyjny rynek wtórny. Podsumowując, branża usług motoryzacyjnych osiągnęła stan, w którym nie może już dłużej ignorować pojazdów zelektryfikowanych lub systemów EM, niezależnie od tego, czy zdają sobie z tego sprawę, czy nie!

Kolejne kroki diagnostyczne dla techników i instruktorów

Rynek usług motoryzacyjnych przeżywa obecnie bardzo przejściowy okres w historii. Jesteśmy świadkami zmiany warty, ponieważ przemysł motoryzacyjny doświadcza zmiany układów napędowych ICE na elektryczne układy napędowe. Oznacza to, że technicy samochodowi muszą nadal obsługiwać obecną technologię, jednocześnie ucząc się i zdobywając doświadczenie w zakresie nowych elektrycznych układów napędowych. Ze względu na brak dotychczasowej wiedzy (tj. możliwości wykorzystania wcześniejszej wiedzy i doświadczenia) oraz minimalny transfer technologii (obecna technologia ma ograniczone zastosowanie w nowym systemie) z układów ICE do elektrycznych układów napędowych, horyzont uczenia się jest stromy i długi. W rezultacie technicy będą potrzebowali znacznego wsparcia podczas analizowania i diagnozowania nowych elektrycznych układów napędowych. Co więcej, istnieje potrzeba nie tylko analizowania i diagnozowania elektrycznych układów napędowych, ale także potwierdzania (lub nie) diagnostyki w celu zapewnienia, że właściwy komponent wymaga naprawy lub wymiany. Jest to punkt krytyczny, ponieważ wiele komponentów elektrycznego układu napędowego może kosztować kilka tysięcy dolarów lub więcej. Podsumowując, technicy motoryzacyjni będą musieli polegać na testach i analizach, które mogą szybko połączyć wszystkie elementy niezbędne do przetestowania elektrycznych i magnetycznych aspektów EM oraz zapewnić sprawne wyniki testów i wnioski.

Analiza i diagnostyka EM: Studium przypadku

Określanie stanu zdrowia elektrycznej przekładni lub skrzyni biegów (SOH) lub potwierdzanie, że doszło do katastrofalnego zdarzenia, staje się coraz ważniejszym aspektem branży usług posprzedażnych oraz tych, które analizują, diagnozują i serwisują elektryczne układy napędowe. W miarę jak rynek wtórny staje się coraz większą opcją dla właścicieli hybryd w zakresie usług serwisowych, ważniejsze niż kiedykolwiek staje się również zapewnienie, że określanie SOH lub, w celu potwierdzenia, że elektryczny zespół silnik-generator (MGU) osiągnął koniec okresu eksploatacji (EOL) staje się powtarzalnym i niezawodnym procesem. Na przykład, tak jak kompresja silnika, nieszczelność cylindra i balans obrotów itp. mogą się zmieniać (pogarszać) wraz z upływem czasu lub przebiegu (starzenie), co prowadzi do fazy EOL produktu, MGU może również doświadczać efektów starzenia, które ostatecznie doprowadzą do EOL. Ponieważ jednak czas kalendarzowy lub przebieg (starzenie się), w którym silnik ulega awarii, może się znacznie różnić i może zależeć od wielu czynników (cykl jazdy, położenie geograficzne, teren, historia konserwacji itp.) Na starzenie się MGU może również wpływać wiele czynników, które mogą (statystycznie) pomóc w określeniu ogólnych oczekiwań dotyczących EOL. Aby szybko zebrać dane, nie ma lepszej metody niż przetestowanie elektrycznych układów napędowych, które zostały niedawno wymontowane z pojazdów i skompilowanie tych danych w celu stworzenia studium przypadku i metody przekazania znaczenia testowania elektrycznych układów napędowych. Moje doświadczenie w opracowywaniu diagnostyki, testowaniu i serwisowaniu napędów elektrycznych i systemów akumulatorowych rzadko daje możliwość testowania MGU tego samego typu w tej samej lokalizacji, które mają szeroki zakres przebiegu i wieku chronologicznego oraz mogą być testowane w ciągu jednego dnia. W związku z tym w niniejszym studium przypadku wykorzystane zostaną dane z 20 elektrycznych mostów napędowych pojazdów hybrydowych Toyota Prius, które wykorzystują ten sam silnik napędowy i generator. Ta elektryczna skrzynia biegów ma dwie jednostki MGU: jeden silnik napędowy (MG2) i jeden generator (MG1).

Informacje ogólne dotyczące testowania studium przypadku

Poniższe informacje służą jako podstawowe informacje na temat populacji jednostek napędowych Toyota Prius, które zostały przetestowane w ramach tego studium przypadku:

– Lokalizacja testu: Środkowo-zachodnia firma specjalizująca się w sprzedaży części do pojazdów hybrydowych z napędem elektrycznym.

– Typ skrzyni biegów Toyota Prius: Generacja II (2004 – 2009)

– Wszystkie testowane mosty napędowe zostały wymontowane z pojazdu i przechowywane w magazynie na paletach (uwaga: MGU mogły być testowane z zamontowanym mostem napędowym w pojeździe lub poza pojazdem bez zmiany danych testowych).

– Liczba Transaxles w populacji testowej: 20

– Zakresy przebiegu populacji testowej: 28k – 148k

– Zakres lat modelowych testowanej populacji: 2004 – 2009

– Testowane jednostki MGU: MG1 i MG2

– Liczba testów każdego MGU w celu uzyskania danych: Jeden (1)

– Temperatura testowania: 5,5°C (42°F)

– Wilgotność: 58%

Studium przypadku Oprzyrządowanie testowe i akwizycja danych

– MS Excel – do wprowadzania/kompilowania danych testowych i obliczania wartości statystycznych

– All Test Pro 33EV (AT33EV) – Narzędzie do analizy obwodów silnika do pozyskiwania danych testowych silnika

– Wymagania dotyczące standardów testowania: Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) 56, 118 i 120 obejmują metody testowania analizy obwodu silnika, w tym sposób gromadzenia danych za pomocą oprzyrządowania; IEEE 1415-2006, “Guide for IM Maintenance Testing and Failure Analysis”; IEEE 43-2000, “Recommended Practice for Testing Insulation”.

– Uzasadnienie wyboru przyrządu: AT33EV uzyskał najwyższą ocenę spośród pięciu (5) metod testowania MGU w wewnętrznym badaniu General Motors (GM), które mój zespół przeprowadził w 2011 r. w celu określenia możliwości prognostycznych i testowych przyrządów testowych MGU. Uzyskał również najwyższy wynik w badaniu przeprowadzonym przez zewnętrznego dostawcę testów silników elektrycznych dla GM, gdy badanie zostało powtórzone w celu zapewnienia powtarzalności wyników testów i wydajności przyrządu. Dlatego AT33EV jest doskonałym przyrządem testowym do wykonywania 3-fazowych testów EM i analizy SOH. Jedną z głównych zalet narzędzia AT33EV jest możliwość testowania wirnika EM bez konieczności jego obracania. Podsumowując, EM można w pełni przetestować statycznie. Dla technika oznacza to, że testy mogą być przeprowadzane przy wyłączonym systemie wysokiego napięcia i nie są wymagane testy drogowe – wszystkie testy mogą być przeprowadzane w zatoce serwisowej.

– Parametry testowe uzyskane przez przyrząd w celu określenia MGU SOH: rezystancja prądu stałego (miliomów), indukcyjność, impedancja, pojemność, kąt fazowy, stosunek prąd-częstotliwość, współczynnik rozproszenia (zanieczyszczenia) i rezystancja izolacji.

– Wyniki testu dostarczane przez przyrząd AT33EV: o Rezystancja DC uzwojenia fazowego wyrażona w omach rezystancji – dane te zostaną wykorzystane do sprawdzenia wewnętrznych połączeń silnika (tj. korozji, luźnych połączeń zaciskanych itp.). Rezystancja prądu stałego może być również wykorzystana do wskazania bardzo poważnego zwarcia wewnętrznego cewki (miedź-miedź) lub poważniejszego zwarcia międzyfazowego (awarie uzwojenia wewnątrz lub międzyfazowego). Test rezystancji prądu stałego jest nieskuteczny w identyfikacji mniej inwazyjnych zwarć między miedzią a miedzią i nie pomoże w określeniu starzenia się uzwojenia/szczeliny stojana.

– Test rezystancji izolacji (IR) wyrażony w omach rezystancji – test IR jest obserwowany i porównywany z czasem, jaki upłynął do osiągnięcia najwyższego poziomu rezystancji w celu określenia bariery rezystancji izolacji do uziemienia.

– Współczynnik rozpraszania (DF) – wyrażony w procentach (uzyskany z pomiarów kąta fazowego i pojemności) jest miarą strat dielektrycznych (izolacyjnych) w materiale elektroizolacyjnym w zmiennym (prądowym) polu i wynikającej z tego energii rozpraszanej jako ciepło. DF służy do pomiaru zmian jakości powłoki drutu uzwojenia fazowego MGU (lakier dielektryczny lub emalia), jakości dielektryka międzyprzewodowego i międzyfazowego oraz jakości izolacji (dielektryka) szczeliny stojana w celu zidentyfikowania wszelkich strat izolacyjnych spowodowanych zanieczyszczeniem i/lub pogorszeniem (starzeniem). Zanieczyszczenia są/mogą być skumulowanym efektem i pochodzą z mikroelementów aluminium, stali, materiału ciernego, zanieczyszczeń olejowych, tworzyw sztucznych, wilgoci itp., które zapewniają medium, w którym energia może być przenoszona między przewodami fazowymi, uzwojeniami fazowymi, między uzwojeniami fazowymi a izolacją szczeliny stojana lub między przewodami uzwojenia fazowego, izolacją szczeliny i żeliwem MGU (tj. stosem laminacji stojana), który jest elektrycznie wspólny z podwoziem pojazdu. Powoduje to osłabienie/starzenie się powłoki uzwojenia fazowego i/lub materiałów izolatora szczeliny (dielektryka). Ponieważ (ostateczna) katastrofalna awaria MGU może być wynikiem skumulowanego zanieczyszczenia w okresie eksploatacji, wyniki testu DF są ważnym wskaźnikiem prognostycznym/diagnostycznym dla użytkownika, pomagającym w określeniu SOH izolacji MGU.

– Test Value Static (TVS) – bezwymiarowa liczba składająca się z podzbioru wyżej wymienionych parametrów testowania przyrządów: indukcyjności, impedancji (rezystancji AC), kąta fazowego i stosunku prąd-częstotliwość oraz oczyszczania wynikowych wskaźników za pomocą złożonej analizy algorytmicznej. Dane testowe parametrów uzwojenia 3-fazowego są następnie obliczane przez algorytmy oprogramowania, które dostarczają użytkownikowi wynikową wartość liczbową do określenia wydajności elektrycznej i magnetycznej stojana i wirnika 3-fazowego MGU. Użytkownik porównuje bezwymiarową liczbę z liczbą referencyjną (liczby dostarczone z testerem) w celu liczbowego określenia, jak daleko testowane dane MGU odbiegają (lub nie) od nowych danych testowych MGU tego samego typu lub generacji przekładni. Wartość TVS eliminuje również potrzebę obracania MGU w celu przetestowania 3-fazowych uzwojeń stojana, magnesów wirnika lub prętów wirnika, pierścieni zwierających itp.

– Testowanie podsystemu MGU: AT33EV jest w stanie testować wirnik MGU i SOH stojana bez obracania (wirowania) wirnika (czy to z magnesem trwałym, czy indukcyjnym EM).

– Podłączenie AT33EV do kabli MGU zostało zrealizowane przy użyciu trzech (3) adapterów z czystej miedzi o średnicy 0,375″ z rezystancją w niskim zakresie mikro-Ohm, radełkowanymi powierzchniami i gwintami zewnętrznymi (dwa adaptery o długości 3″ i jeden adapter o długości 4″), aby umożliwić powtarzalne podłączenie oprzyrządowania do kabli MGU.

Prezentacja danych ze studium przypadku

Dane testowe MGU przedstawiono w Tabeli 1 i Tabeli 2. Tabela 1 zawiera dane testowe dla transaxle MG1 (generator), a Tabela 2 zawiera wyniki testów transaxle MG2 (silnik napędowy). Kolumny tabeli zawierają następujące dane (od lewej do prawej):

– Numer próbki transmisji

– Stan licznika kilometrów pojazdu, z którego wymontowano skrzynię biegów

– Rezystancja 3-2 / 2-1 / 1-3: Wartości rezystancji podczas pomiaru faz 3 do 2, 2 do 1, a następnie 1 do 3. Wynikiem testu rezystancji jest porównanie wartości uzwojeń fazowych w celu określenia ogólnego bilansu rezystancji. W dokumencie norm Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) 1415-2006 stwierdza się, że “porównywane są trzy wartości (rezystancji) – wszystkie odczyty powinny mieścić się w zakresie 3% – 5% średniej z trzech odczytów”. Standardowe wartości zapewniają równowagę prądu stałego (rezystancji) i prądu fazowego między wszystkimi uzwojeniami fazowymi MGU.

– DF% (Dissipation Factor) – liczba pochodząca z algorytmów oprogramowania AT33EV, które dostarczają użytkownikowi wynikowe dane testu zanieczyszczenia w formacie procentowym (%). Dane wykorzystywane do określenia MGU DF to pojemność (podstawowy element do testowania DF), indukcyjność, impedancja, kąt fazowy i stosunek prądu do częstotliwości jako dodatkowe elementy elektryczne używane przez oprogramowanie do czyszczenia danych. W danych, DF jest przedstawiony w procentach i jednostkach pojemności (%). Jednak w celu uproszczenia raportowania danych w tym artykule wartości procentowe będą wykorzystywane w trzech zakresach:

o ≤ 6% = Dobry (OK) – zanieczyszczenie w dopuszczalnych granicach

o 6% – 10% = Ostrzeżenie (W) – zanieczyszczenie jest wysokie, ale nie przekracza limitów.

o ≥ 10% = Niepowodzenie/awaria (F) – zanieczyszczenie jest nadmierne, wykracza poza limity i mogą również występować warunki powodujące poważniejszy tryb awarii.

Testowanie zanieczyszczenia uzwojenia MGU jest opisane w normie IEEE 43-2000. IEEE 56, 118 i 120 obejmują metody testowania analizy obwodu silnika, w tym sposób gromadzenia danych za pomocą oprzyrządowania.

– TVS (wartość testowa statyczna) – wartość TVS umożliwia testowanie MGU poprzez porównanie danych testowych z referencyjną (nową) jednostką. Wykorzystując kwalifikowany numer referencyjny, każdy MGU SOH można określić za pomocą tej metody porównawczej. W szczególności wartość TVS może pomóc w określeniu poziomu starzenia (pogorszenia) uzwojeń MGU, izolacji szczeliny stojana, stanu magnetycznego wirnika / stojana itp. lub czy jednostka już uległa awarii. Kluczową koncepcją wykorzystania metryki TVS jest możliwość przetestowania skrzyni biegów/przekładni w pojeździe, niezależnie od tego, czy wykorzystuje ona bezpośrednie połączenie z przekładnią główną, pojedyncze lub wielokrotne zestawy przekładni planetarnych, czy też wewnętrzne hydrauliczne układy sprzęgła itp. Dane TVS nie pozwolą jednak określić, czy problem z 3-fazowym MGU dotyczy stojana czy wirnika. Może on jedynie określić, czy w wirniku lub stojanie występuje niewyważenie elektryczne lub magnetyczne.

– Wyniki danych TVS przedstawiono poniżej:

o ≤ 3% = OK – dobre wyważenie stojana i wirnika

o ≥ 3%, ale ≤ 5% = OSTRZEŻENIE (W), że stojan lub wirnik zaczyna tracić równowagę elektryczną lub magnetyczną.

o ≤ 5% = AWARIA (F) – Właściwości elektryczne lub magnetyczne stojana lub wirnika nie są zrównoważone i nie mieszczą się w zakresie testowym. Zakres awarii może również obejmować warunki, które są obecne, aby spowodować bardziej poważny tryb awarii

W układach samochodowych nie ma znaczenia, czy problem dotyczy wirnika czy stojana, ponieważ skrzynia biegów musi zostać zdemontowana w pojeździe lub wymontowana z pojazdu. W obu przypadkach wirnik i stojan są usuwane, a nowy lub znany dobry zespół stojana i wirnika może zostać użyty do zastąpienia jednostek, które nie przeszły testów lub wskazują dane zgodne z zaawansowanym starzeniem. Wymiana zarówno stojana, jak i wirnika pozwoliłaby uniknąć ewentualnej błędnej diagnozy lub bardziej kosztownych testów.

Dane ze studium przypadku i omówienie wyników

W badaniu wzięło udział łącznie 20 elektrycznych skrzyń biegów II generacji (2004-2009). Chociaż nie zostało to uwzględnione w danych (ale odnotowane na stronach z danymi), każda skrzynia biegów została przetestowana pod kątem rezystancji izolacji (IR) przy napięciu 500 V DC. Zerowa (0) liczba skrzyń biegów nie przeszła testu IR. Jednak dwie z osi (próbka 12 i 16) powoli osiągały maksymalny poziom 500Vdc IR @ > 10 sekund), co z doświadczenia testowego wskazuje na bardzo początkowy początek upływu izolacji i słabość izolacji uzwojenia MGU lub materiałów izolacyjnych szczeliny stojana. W miarę starzenia się uzwojenia, czas osiągnięcia maksymalnego poziomu podczerwieni znacznie się wydłuży (tj. od 45 sekund do ponad 1 minuty), ze względu na wyciek energii między uzwojeniem, wykładziną szczeliny i laminatami stojana (tylne żelazo). Tego typu dane ostatecznie doprowadzą do awarii MGU, ale przewidywanie czasu do awarii nie wchodzi w zakres tego artykułu. Dostępne są jednak wysokiej jakości metody statystyczne (takie jak analiza Weibulla lub statystyki niezawodności), które mogą pomóc w przewidywaniu czasu do awarii MGU na podstawie wyników testów elektrycznych, środowiska pracy itp.

Dane licznika kilometrów

Dane licznika kilometrów w tym studium przypadku są bardzo szerokie i zostały zaokrąglone do 1000 mil, aby ułatwić raportowanie. Transaxle z najniższym punktem danych licznika przebiegu wynosi 23 000 mil, a najwyższy punkt danych 148 000 mil.

Dane pomiaru rezystancji fazowej

Dane dotyczące rezystancji faz są podawane w jednostkach miliomów prądu stałego (mOhm). Próbka Transaxle 8 wykazała najniższą rezystancję 96,40 – 96,90 mOhm. Próbki Transaxle 3, 4, 7 i 8 wykazały najniższą rezystancję dla MG2 wynoszącą 120,00 – 121,00 mOhm. Wszystkie przykładowe pomiary rezystancji fazowej mostu pędnego wyniosły < 3% odchylenia rezystancji dla zrównoważenia rezystancji fazowej, a zatem mieściły się w normie IEEE 1415 – 2006 dla zrównoważonych rezystancyjnie maszyn elektrycznych prądu stałego.

Dane pomiarowe współczynnika rozproszenia

Dane dotyczące % współczynnika rozproszenia wskazują, że transaxle MG1 próbka 13 była jedyną jednostką, która nie uzyskała wyniku w normalnym zakresie z wynikiem 7,06% (zakres OSTRZEŻENIA). Dane Transaxle MG1 z próbki 16 na poziomie 5,99% prawie umieściły ją w kategorii OSTRZEŻENIE z próbką 13. Żadne z danych jednostki Transaxle MG2 nie spowodowały OSTRZEŻENIA lub AWARII DF%. Jednak próbka Transaxle 16 DF% wynosząca 5,66 mieści się w granicach akceptowalnego testu, ale znajduje się na granicy danych WARNING. Zarówno dane MG1, jak i MG2 dla próbki 16 prawie plasują ją w kategorii danych WARNING dla obu MGU.

Wartość testowa Statyczne dane pomiarowe

Pomiar TVS (liczba bezwymiarowa) jest najbardziej złożoną wartością liczbową danych pomiarowych do zgłoszenia. Docelowa wartość referencyjna TVS dla MG1 i MG2 generacji II to:

– MG1 = 5,80

– MG2 = 13,30

Dane uzyskane dla próbek mostu pędnego MG1 wskazywały, że próbki 12 i 5 były w stanie OSTROŻNYM (≥ 3%, ale ≤ 5% odchylenia od docelowych danych referencyjnych), podczas gdy próbka 11 wskazywała stan NIEPRAWIDŁOWY (≥ 5% odchylenia od docelowych danych referencyjnych). Dane uzyskane dla próbek transaxle MG2 wskazywały, że próbki 1,2,4,10,11 i 13 były w stanie OSTROŻNYM (≥ 3%, ale ≤ 5% odchylenia od docelowych danych referencyjnych), podczas gdy próbka 15 wskazywała stan NIEPRAWIDŁOWY (≥ 5% odchylenia od docelowych danych referencyjnych).

Wnioski ze studium przypadku

Chociaż niniejsze studium przypadku obejmuje niewielką próbę 20 sztuk, dane są zgodne z testami przeprowadzonymi na setkach MGU (zarówno produktów Toyoty, jak i ich konkurentów). Rozumie się, że gdyby populacja pojazdów II generacji wynosiła ≈ 1,5 mln pojazdów, wielkość próby niezbędna do zapewnienia 95% poziomu ufności danych (z przedziałem ufności +/- 3%) wynosi ≈ 1100 osi napędowych.

Wielkość próby w tym badaniu jest daleka od liczby niezbędnej do uzyskania wiarygodnego modelowania statystycznego maszyn elektrycznych MG1 i MG2 MGU z lat 2004-2009. Wystarczająco duża pula populacji statystycznej (wielkość próby) w połączeniu z wysokim poziomem ufności i przedziałem ufności, aby uzyskać liczby statystyczne, które są wiarygodne do wyciągnięcia wniosków statystycznych, wykraczały poza zakres tego studium przypadku. Jednak przewaga dowodów testowych z tego studium przypadku (i innych podobnych) była zgodna z innymi wynikami studium przypadku w zakresie zapewnienia wartości prognostycznej i diagnostycznej dla techników terenowych w określaniu SOH MGU przed katastrofalną awarią.

Porównanie typów danych – na podstawie danych dostarczonych w tym studium przypadku można stwierdzić, że dane dotyczące rezystancji uzwojenia nie wykazują tendencji (ani nie śledzą) innych trybów awarii MGU SOH. Wszystkie testy rezystancji faz MGU w tym studium przypadku wykazały, że istniała równowaga między wszystkimi fazami MGU i każda z nich była zgodna z normą IEEE 1415-2006. Dane DF uzyskane z każdego z MGU nie wykazywały tendencji ani nie były zgodne z danymi z testów rezystancji prądu stałego, ani z danymi TVS. Dlatego MGU może zawierać zrównoważone rezystancje fazowe, dane DF%, które mieszczą się w pasmach tolerancji, ale nie przejść testu TVS. Testy te są zgodne z normami IEEE 56, 118 i 120 obejmującymi metody testowania analizy obwodu silnika, w tym sposób gromadzenia danych za pomocą oprzyrządowania. Ponadto, w oparciu o dane ze studium przypadku, możliwe jest zawarcie zrównoważonych rezystancji fazowych, danych TVS, które mieszczą się w paśmie tolerancji, ale uzyskują poziomy ostrzegawcze dla DF%. Test ten jest zgodny z testami zanieczyszczenia uzwojenia MGU zawartymi w normie IEEE 43-2000.

Podsumowując, dane rezystancji, dane DF% i dane TVS są rozłączne przy określaniu SOH MGU. Dzięki wykorzystaniu podstawowych zasad inżynierii elektrycznej w połączeniu z zaawansowanymi algorytmami matematycznymi i programowymi do czyszczenia danych, możliwy jest pełny obraz SOH MGU lub potwierdzenie katastrofalnej awarii. Jest to dobra wiadomość dla techników pracujących w terenie, ponieważ w przeszłości wiele problemów związanych z działaniem/wydajnością MGU, pomiarem starzenia się izolacji uzwojenia lub szczeliny lub próbą zidentyfikowania trudnego stanu przerywanego było niewiarygodnych. Niewiarygodne techniki diagnostyczne, takie jak użycie tylko miliamperomierza, użycie miliamperomierza i podczerwieni lub użycie kombinacji miliamperomierza, podczerwieni i miernika impedancji, nie są w stanie wykryć subtelnych zmian w uzwojeniu fazowym lub izolacji szczeliny stojana, a zatem nie mogą wykryć początku trybów awarii elektrycznej lub izolacji. Metody te mogą być akceptowalne do identyfikacji wąskiego zakresu trybów awarii lub potwierdzenia stanu katastrofalnego, ale żadna z nich nie jest w stanie zapewnić zaawansowanych testów uzwojenia MGU i SOH wkładki szczelinowej.

Podsumowanie

Mam nadzieję, że podobało Ci się to studium przypadku i że zapewniło Ci ono lepszy wgląd w to, jak MGU mogą być testowane pod kątem szerokiego zakresu SOH i trybów awarii. Testowanie elektrycznego układu napędowego powinno stać się standardowym wskaźnikiem kontroli dla każdego producenta OEM lub firmy zajmującej się usługami posprzedażnymi. Ponieważ przemysł motoryzacyjny nadal przechodzi od układów napędowych opartych na silniku spalinowym do elektrycznych układów napędowych, ważne jest, aby technicy motoryzacyjni rozumieli, w jaki sposób należy przeprowadzać testy i analizy oraz jakie tryby awarii można zidentyfikować za pomocą analizy. Obowiązkiem firmy serwisowej będzie również informowanie i edukowanie klienta o tym, w jaki sposób elektryczne układy napędowe zmieniają kontrolę i serwisowanie pojazdu. Obecnie niewiele firm serwisowych edukuje konsumentów w zakresie inspekcji SOH elektrycznych układów napędowych, co musi wkrótce stać się głównym nurtem, aby zapewnić wysoki poziom zarządzania relacjami z klientami (CRM). Okresowe testowanie EM jest ważnym elementem określania SOH elektrycznego układu napędowego, a wszystkie firmy serwisujące pojazdy hybrydowe i elektryczne powinny standardowo oferować tę usługę właścicielowi zelektryfikowanego pojazdu. Klient pojazdu nie będzie wiedział o okresowej analizie EM SOH, dopóki nie zostanie o tym poinformowany. Co za świetny sposób dla firmy usługowej na tworzenie nowych usług w celu generowania przychodów, oferując jednocześnie solidną usługę dla klienta!