EV-testning: Verifiering av hälsotillstånd flyttar fram positionerna

Dr. Mark Quarto CTO – Quarto Technical Services

Efter att ha arbetat i över 32 år med teknik för elektrifierade fordon har jag upplevt de flesta områden inom fordonsutveckling och teknik. Dessa erfarenheter har gått från serviceingenjör, utvecklingsingenjör för diagnostik av framdrivning/energihantering, Engineering Manager Vehicle Electrification Systems, Engineering Group Manager Vehicle Electrification Systems, och nu (efter pensioneringen 2012) konsult och instruktör/mentor för OEM-tillverkare, återtillverkare och eftermarknaden för elektrifierade fordonssystem. Jag gillade verkligen att konstruera några av de mest avancerade elektrifierade fordonen i fordonshistorien, såsom GM EV1, Chevrolet Tahoe/Yukon 2-Mode Hybrid, Chevrolet Spark Electric, Chevrolet Volt, Chevrolet Equinox Fuel Cell Demonstration Fleet och andra avancerade konceptfordon. Under de senaste 20 åren har jag följt branschen på nära håll och sett en verklig revolution inom drivlinor i takt med att elektrifierade fordon (dvs. hybridfordon, plug-in-fordon och elfordon) fortsätter att öka i fordonsflottan. Marknaden för begagnade och andrahandsägda elektrifierade fordon fortsätter att öka oron för hur tekniker ska kunna analysera och diagnostisera elektriska drivlinor på ett säkert sätt.

I synnerhet diagnostik av drivmotorer och generatorer (elektriska maskiner – EM) och analys av hälsotillstånd (SOH) har fått en central roll inom diagnostik och analys av fordon. Fordonstekniker har uttryckt ett stort intresse för att lära sig de senaste analys- och diagnosprocesserna för att hjälpa till att fastställa SOH för en EM. Eftersom produkter för elektrifierade fordon fortsätter att åldras på marknaden, ställer nu första ägare av äldre fordon, andra ägare och flottor frågan “vilket skick har drivmotorn och generatorn (stator och rotor) när SOH för ett fordon fastställs?” Dessutom önskar fälttekniker en metod för att “bekräfta” sin analys och diagnos när de inriktar sig på ett feltillstånd i den elektriska drivlinan. Omborddiagnostik för OEM-fordon kanske inte tillhandahåller heltäckande analysmetoder som är nödvändiga för att fastställa hälsan hos en åldrad EM eller ger klarhet i om ett problem finns i EM eller dess Power Inverter Module (PIM)-system. Eftersom kostnaden för ett EM- eller PIM-system kan uppgå till tusentals reparationsdollar är det viktigt att identifiera och fastställa grundorsaken till problemet. Dessutom kan den arbetstid som krävs för att identifiera och bekräfta grundorsaken till ett problem vara omfattande, vilket ökar den redan betydande delkostnaden för reparationen. Och om systemen är feldiagnostiserade ökar kostnaderna för reservdelar och personal avsevärt. En sista sak att tänka på är att varken eftermarknaden eller OEM-tillverkarna har integrerat EM SOH som en del av en formell servicetestprocess, vilket är fallet för förbränningsmotorteknik (ICE). Om en fordonstekniker till exempel skulle få frågor om orsakerna till en traditionell förbränningsstörning, variationer i varvtal, magert/rikt tillstånd etc., skulle det vara naturligt för dem att utföra specifika/riktade tester. Några av dessa motorprov kan vara cylinderbalans, kompression, cylinderläckage, vakuumvågformer, test av tändsystem osv. Dessa tester är endemiska och inbyggda i DNA:t för hur fordonstekniker testar, analyserar och diagnostiserar drivlinor. Men om samma fordonstekniker skulle tillfrågas om hur man testar en elektrisk drivlina skulle de flesta kanske kunna nämna en eller två typer av tester, men vara helt obekanta med de ytterligare testelement som används vid EM-analys och de tillhörande felsätten. Här ligger den grundläggande skillnaden mellan den nuvarande nivån av EM-analys och diagnostik inom fordonsserviceområdet, jämfört med de testområden som bör förstås för att ge en grundlig analys och diagnostik. Sammanfattningsvis är bilservicebranschen allvarligt oinitierad när det gäller analys av EM-drivlinor, diagnostik och färdigheter för att fastställa EM SOH.

Den mindre välbesökta vägen

När jag har pratat med många fordonstekniker och instruktörer under årens lopp har de flesta snabbt erkänt att de har minimal erfarenhet av att testa, analysera och diagnostisera EM-system. Även om teknikerna är väl insatta i diagnosmetoderna för traditionella fordonsdrivlinor, är deras erfarenheter en mindre framkomlig väg när det gäller elektriska drivlinor. Under min 32-åriga karriär inom produkt- och serviceteknik för elektrifierade fordon har jag dragit slutsatsen att varken OEM-återförsäljare eller eftermarknadstekniker har utvecklat nödvändiga EM-analys- eller diagnostekniker genom utbildning och erfarenhet. Mycket av detta kan bero på att fordonsindustrin har haft sina rötter i mekaniska system snarare än i elektroniska eller elektriskt centrerade system. Därför har den traditionella teknikerns kärnkompetens inte fokuserat på elektriska/elektroniska begrepp, vilket har begränsat teknikerns exponering för de elektriska/elektroniska begrepp som är nödvändiga för att förfina analystekniker för elektriska drivlinor. Dessa kommentarer är inte avsedda att vara en bedömning. Snarare är de tänkta att ge feedback till bilservicebranschen så att de kan fundera över vad de behöver göra i framtiden: en väg som är mindre välbesökt.

Jag har också haft nära samarbeten med ett stort antal tekniska skolor, högskolor och universitetsutbildningar inom fordonsteknik och ingenjörsvetenskap i årtionden och kan rapportera att det finns få institutioner som är inriktade på analys och diagnostik av drivlinor för elektrifierade fordon. Det kan finnas många orsaker till att det ser ut som det gör i våra utbildningssystem, men oavsett orsakerna är resultatet ett teknikgap som måste fyllas för att hjälpa tekniker att identifiera och bekräfta prestanda och SOH-mätvärden genom en gedigen analys och diagnostiska processer. Att erbjuda fordonstekniker analys- och diagnosmetoder som minskar tiden det tar att lära sig analystekniker och testa drivlinor för elektrifierade fordon är dessutom nästa viktiga steg för att förbättra och utveckla teknikernas kunskaper om avancerade elektriska system.

Det aktuella läget för EM-analys och diagnostik

Inom området för fordonsserviceteknik finns det knappa resurser för tekniker att förvärva och använda för analys och diagnostik av EM-system. Fordonstillverkarna har reducerat teknikerutbildningen och testutrustningen till ett absolut minimum. Inom det fordonsbaserade diagnostiksystemet finns det ingen diagnostik som övervakar EM SOH. De flesta diagnoser är inriktade på att identifiera katastrofala fel och delar av EM har ingen diagnostisk övervakning. Därför finns det en betydande brist på teknik som kan hjälpa teknikern att prognostiskt identifiera kommande EM-fel så att fordonsägaren kan informeras om den elektriska drivlinans SOH. Eftermarknaden har fler utbildningsalternativ, men de flesta personer eller företag som erbjuder utbildning är inte professionellt utbildade i systemteknik för elektriska drivlinor. Dessutom kan de felfunktioner som en OEM-återförsäljare utsätts för skilja sig avsevärt från dem som förekommer på eftermarknaden. När det gäller utbildningssegmentet är de flesta utbildare/leverantörer på eftermarknaden vanligtvis självlärda och saknar professionell utbildning inom de elektriska och mekaniska vetenskaperna för elektriska drivlinor, och är därför hänvisade till att lära ut eller använda mönsterfelsdiagnostik. Dessutom skulle de flesta diagnosmetoder som används på eftermarknaden endast avslöja en liten andel av alla möjliga feltillstånd hos en EM. Dessutom har min observation av hur eftermarknaden och OEM-tillverkarna har instruerat tekniker i hur man identifierar den lilla procentandelen av EM-felsätten varit ytlig, i bästa fall. För närvarande förlitar sig tekniker i hög grad på mönsterfel (igenkänning) i system som en metod för att identifiera grundorsaken till traditionella systemfel (ICE). Tyvärr utvecklas den mekaniska, elektriska och magnetiska tekniken för EM-drivlinan så snabbt att mönsterfel skulle förpassas till en mindre effektiv diagnosmetod. Utan en stabil teknisk grund i EM-teknik kommer analys och diagnostik att vara en bokstavlig uppförsbacke för en tekniker. Att lära sig EM-analys och diagnostiska tekniker kräver betydande utbildning och erfarenhet, som är en utmaning även för erfarna diagnostiker, om inte analys- och testutrustningen kan skrubba elektriska och magnetiska data för att göra arbetet med analys och diagnostik enklare. Fordonstekniker är redan överväldigade av det enorma antal kurser de deltar i varje år, bara för att hålla sig uppdaterade om traditionell teknik för förbränningsmotorer (ICE). Och eftersom förbränningsmotortekniken utgör merparten av det dagliga arbetet för en tekniker, är det en betungande uppgift för dem (och företagets ägare) att motivera att de avsätter betydande utbildningstimmar för att lära sig elektriska drivlinor. Fordonsmarknaden har dock nått en höjdpunkt. Antalet produkter för elektrifierade fordon på marknaden som närmar sig eller har nått slutet av sin garantiperiod börjar bli betydande. Därför kan dessa volymer inte längre ignoreras, särskilt inte av eftermarknaden för fordonsindustrin. Sammanfattningsvis kan man säga att bilservicebranschen inte längre kan bortse från elektrifierade fordon eller EM-system, vare sig de inser det eller inte!

Diagnostiska “nästa steg” för tekniker och instruktörer

Marknaden för fordonsservice befinner sig för närvarande i en historisk brytningstid. Vi bevittnar vaktombytet när fordonsindustrin går från förbränningsmotordrivlinor till elbaserade drivlinor. Det innebär att fordonstekniker måste fortsätta att serva den nuvarande tekniken samtidigt som de lär sig och får erfarenhet av de nya elektriska drivlinorna. Eftersom det inte finns någon äldre kunskap (dvs. förmåga att utnyttja tidigare kunskap och erfarenhet) och minimal tekniköverföring (nuvarande teknik har begränsad användning i det nya systemet) från förbränningsmotordrivlinor till elektriska drivlinor, är inlärningshorisonten brant och lång. Resultatet är att teknikerna kommer att behöva omfattande stöd när de analyserar och diagnostiserar de nya elektriska drivlinorna. Dessutom finns det ett behov av att inte bara analysera och diagnostisera elektriska drivlinor utan också bekräfta (eller inte) en diagnos för att säkerställa att rätt komponent behöver repareras eller bytas ut. Detta är en kritisk punkt, eftersom många av komponenterna i den elektriska drivlinan kan kosta flera tusen dollar eller mer. Sammanfattningsvis kommer fordonstekniker att behöva förlita sig på testning och analys som snabbt kan sammanställa alla de element som krävs för att testa de elektriska och magnetiska aspekterna av en EM och tillhandahålla strömlinjeformade testresultat och slutsatser.

EM-analys och EM-diagnostik: En fallstudie

Att fastställa hälsotillståndet (SOH) för elektriska transaxlar eller transmissioner eller att bekräfta att en katastrofal händelse har inträffat blir en allt viktigare aspekt för eftermarknadens servicebransch och för dem som analyserar, diagnostiserar och servar elektriska drivlinor. I takt med att eftermarknaden blir ett allt större alternativ för hybridägare när det gäller service, blir det också viktigare än någonsin att säkerställa att fastställandet av SOH eller, för att bekräfta att en elektrisk motor-generator-enhet (MGU) har nått sin end-of-life (EOL), blir en repeterbar och tillförlitlig process. Eftersom t.ex. motorkompression, cylinderläckage och varvtalsbalans kan förändras (försämras) med tiden eller körsträckan (åldras), vilket resulterar i produktens EOL-fas, kan en MGU också uppleva åldringseffekter som i slutändan kommer att resultera i EOL. Men eftersom den kalendertid eller körsträcka (åldrande) som en motor går sönder kan variera dramatiskt och bero på många faktorer (körcykel, geografiskt läge, terräng, underhållshistorik etc.) kan MGU:s åldrande också påverkas av många faktorer som kan (statistiskt) hjälpa till att fastställa de allmänna EOL-förväntningarna. För att snabbt samla in data finns det ingen bättre metod än att testa elektriska drivlinor som nyligen har tagits bort från fordon och sammanställa dessa data för att skapa en fallstudie och en metod för att förmedla vikten av testning av elektriska drivlinor. Mina erfarenheter av att utveckla diagnostik, testning och service av elektriska driv- och batterisystem gör att det sällan finns möjlighet att testa MGU:er av samma typ på samma plats, som har en stor variation i körsträcka och kronologisk ålder och som kan testas på en enda dag. Därför kommer denna fallstudie att använda data från 20 elektriska transaxlar till Toyota Prius hybridfordon som använder samma drivmotor och generator. Denna elektriska transaxel har två MGU:er: en drivmotor (MG2) och en generator (MG1).

Fallstudie Testning Bakgrundsinformation

Följande information tjänar som bakgrundsinformation om den population av Toyota Prius transaxel MGU som testades som en del av denna fallstudie:

– Testplats: Företag i Mellanvästern som specialiserar sig på komponenter till hybridelektriska fordon

– Toyota Prius Transaxeltyp: Generation II (2004 – 2009)

– Alla transaxlar som provades hade avlägsnats från fordonet och förvarades på pallar i lagerlokalen (Obs: MGU:erna kunde ha provats med transaxeln installerad i fordonet eller utanför fordonet utan att provningsdata hade ändrats).

– Antal transaxlar i testpopulationen: 20

– Körsträckor för testpopulationen: 28k – 148k

– Modellårsintervall för testpopulationen: 2004 – 2009

– Testade MGU:er: MG1 och MG2

– Antal tester på varje MGU för att samla in data: Ett (1)

– Temperatur för testning: 5,5°C (42°F)

– Luftfuktighet: 58

Fallstudie Testinstrumentering och datainsamling

– MS Excel – för inmatning/sammanställning av testdata och beräkning av statistiska värden

– All Test Pro 33EV (AT33EV) – verktyg för analys av motorkretsar för insamling av motortestdata

– Krav på provningsstandarder: Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) 56, 118 och 120 täcker testmetoder för motorkretsanalys, inklusive hur data samlas in med instrumentering; IEEE 1415-2006, “Guide for IM Maintenance Testing and Failure Analysis”; IEEE 43-2000, “Recommended Practice for Testing Insulation”

– Motivering för val av instrument: AT33EV fick högst poäng av fem (5) MGU-testmetoder i en intern studie från General Motors (GM) som mitt team genomförde 2011 för att fastställa utsikterna för MGU-testinstrumentets prognos- och testkapacitet. Den fick också högst poäng i en studie som utfördes av en extern leverantör av testning av elmotorer för GM, när studien replikerades för att säkerställa repeterbarhet av testresultat och instrumentprestanda. Därför är AT33EV ett överlägset testinstrument för att utföra 3-fas EM-testning och SOH-analys. En av de främsta fördelarna med AT33EV-verktyget är dess förmåga att testa en EM-rotor utan krav på rotation. Sammanfattningsvis kan EM testas fullständigt statiskt. För teknikern innebär detta att testerna kan utföras med högspänningssystemet inaktiverat och att inga tester på väg krävs – alla tester kan utföras i servicehallen.

– Parametrar för instrumenttestning som mäts med instrumentet för att bestämma MGU SOH: likströmsresistans (milliohm), induktans, impedans, kapacitans, fasvinkel, ström-frekvensförhållande, spridningsfaktor (kontamination) och isolationsresistans.

– Testresultat från AT33EV-instrumentet: o Faslindningens dc-resistans uttryckt i ohm resistans – dessa data kommer att användas för att testa interna motoranslutningar (dvs. korrosion, lösa crimp-anslutningar etc.). Likströmsresistansen kan också användas för att indikera mycket allvarlig kortslutning av den interna spolen (koppar-till-koppar) eller mer allvarlig kortslutning av fas-till-fas (fel på lindningen inom eller mellan faserna). Likströmsresistanstestet är ineffektivt för att identifiera mindre invasiv kortslutning mellan koppar och koppar och hjälper inte till att fastställa åldring av lindning/statorspår.

– Test av isolationsresistans (IR ) uttryckt i ohm resistans – IR-testet observeras och jämförs med den tid det tar att uppnå den högsta resistansnivån för att fastställa isolationsresistansbarriären mot jord.

– Dissipationsfaktor (DF) – uttryckt i procent (härledd från fasvinkel- och kapacitansmätningar) är måttet på de dielektriska (isolerande) förlusterna i ett elektriskt isolerande material i ett växlande (ström)fält och den resulterande energin som avleds som värme. DF används som ett sätt att mäta förändringar i MGU-faslindningstrådens beläggning (dielektrisk lack eller emalj) kvalitetsstatus, tråd-till-tråd och fas-till-fas dielektrisk kvalitetsstatus, och statorspårlinjens isolering (dielektrisk) kvalitetsstatus för att identifiera eventuella isoleringsförluster på grund av kontaminering och/eller försämring (åldring). Kontaminering är/kan vara en kumulativ effekt och härrör från mikroelement av aluminium, stål, friktionsmaterial, oljeföroreningar, plast, fukt etc. som ger ett medium i vilket energi kan överföras mellan fasledare, faslindningar, mellan faslindningar och statorspårisolering, eller mellan faslindningsledare, spårisolering och MGU bakjärn (dvs. statorlaminering) som är elektriskt gemensamt med fordonschassit. Detta resulterar i försvagade/åldrade faslindningsbeläggningar och/eller spårisolatormaterial (dielektriska material). Eftersom ett (slutligt) katastrofalt fel på en MGU kan vara resultatet av kumulativ kontaminering under dess livslängd, är resultaten av DF-testdata ett viktigt prognostiskt/diagnostiskt mått för användaren för att hjälpa till att fastställa SOH för MGU:s isolering.

– Test Value Static (TVS) – ett dimensionslöst tal som består av en delmängd av de ovan nämnda instrumenttestparametrarna induktans, impedans (AC-resistans), fasvinkel och ström-frekvensförhållande och rensar de resulterande mätvärdena med en komplex algoritmisk analys. Testdata för 3-fas lindningsparametrar beräknas sedan av programvarualgoritmer som ger användaren ett numeriskt värde för bestämning av 3-fas MGU stator- och rotorelektriska och magnetiska prestanda. Användaren jämför det dimensionslösa talet med ett referensnummer (nummer som tillhandahålls med testaren) för att numeriskt bestämma hur långt de testade MGU-data har avvikit (eller inte) från nya MGU-testdata för samma typ eller generation av transmission. TVS-värdet eliminerar också behovet av att rotera MGU:n för att testa 3-fas statorlindningar, rotormagneter eller rotorskenor, kortslutningsringar, etc.

– Provning av MGU:s undersystem: AT33EV kan testa MGU:s rotor och stator SOH utan att rotera (snurra) rotorn (vare sig permanentmagnet eller induktions EM).

– Anslutningen av AT33EV till MGU-kablar utfördes med hjälp av tre (3) 0,375-tums adaptrar i ren koppar med resistans i det låga mikro-Ohm-området, räfflade ytor och yttre gängor (två adaptrar 3″ långa och en adapter 4″ lång) för att möjliggöra repeterbar instrumentanslutning till MGU-kablar.

Fallstudie Presentation av data

Testdata för MGU presenteras i Tabell 1 och Tabell 2. Tabell 1 innehåller testdata för transaxel MG1 (generator) och tabell 2 innehåller testresultat för transaxel MG2 (drivmotor). Tabellkolumnerna innehåller följande data (från vänster till höger):

– Nummer på överföringsprov

– Vägmätarställning för fordonet från vilket växellådan togs bort

– Resistance 3-2 / 2-1 / 1-3: Resistansvärden vid mätning av faserna 3 till 2, 2 till 1 och sedan 1 till 3. Resultatet av resistanstestet är en jämförelse av faslindningsvärdena för att bestämma den totala resistansbalansen. I IEEE:s (Institute of Electrical and Electronic Engineers) standarddokument 1415-2006 står det att “de tre (resistans)värdena jämförs – alla mätvärden bör ligga inom 3-5% av medelvärdet för de tre mätvärdena”. Standardvärdena säkerställer att det finns en elektrisk dc (resistans) och fasströmsbalans mellan alla MGU:s faslindningar.

– DF% (Dissipation Factor) – Är ett tal som härrör från AT33EV-programvarans algoritmer som ger användaren data från kontamineringstest i ett procentuellt (%) format. De data som används för att bestämma MGU DF är kapacitans (det primära elementet för DF-testning), induktans, impedans, fasvinkel och ström-till-frekvens-förhållande som ytterligare elektriska element som används av programvaran för att skrubba data. I uppgifterna anges DF i procent och kapacitansenheter (%). För att förenkla datarapporteringen i denna artikel kommer dock procentandelar att användas i tre intervall:

o ≤ 6% = Bra (OK) – kontaminering inom acceptabla gränser

o 6% – 10% = Varning (W) – föroreningen är hög men inte utanför gränsvärdena

o ≥ 10% = Underkänd/Fel (F) – föroreningen är överdriven, utanför gränserna och kan också vara förhållanden som finns för att orsaka ett allvarligare feltillstånd

Test av kontaminering av MGU-lindning omfattas av IEEE Standard 43-2000. IEEE 56, 118 och 120 omfattar testmetoder för motorkretsanalys, inklusive hur data samlas in med hjälp av instrument.

– TVS (Test Value Static) – TVS-värdet gör det möjligt att testa MGU:er genom att jämföra testdata med en referensenhet (ny). Genom att använda ett kvalificerat referensnummer kan alla MGU SOH bestämmas med hjälp av denna jämförelsemetod. TVS-värdet kan särskilt hjälpa till att fastställa MGU:s åldringsnivå (försämring) av lindningar, statorspårisolering, rotor/stator magnetiska tillstånd etc., eller om enheten redan har havererat. Nyckelkonceptet med att använda TVS-måttet är att kunna testa en transaxel/transmission på fordonet, oavsett om den använder direkt anslutning till slutväxeln, en eller flera planetväxlar eller interna hydrauliska kopplingssystem etc. TVS-data kan dock inte avgöra om ett problem med en 3-fas MGU beror på stator eller rotor. Den kan endast avgöra om det finns en elektrisk eller magnetisk obalans i rotorn eller statorn.

– Resultaten från TVS-data rapporteras enligt följande:

o ≤ 3% = OK – Bra balans mellan stator och rotor

o ≥ 3% men ≤ 5% = VARNING (W) om att stator eller rotor börjar bli elektriskt eller magnetiskt obalanserad

o ≤ 5% = FAILURE (F) – Stator eller rotors elektriska eller magnetiska egenskaper är obalanserade och håller sig inte inom testområdet. Felområde kan också vara förhållanden som föreligger för att orsaka ett allvarligare feltillstånd

I fordonssystem är det irrelevant om problemet är rotorn eller statorn eftersom transaxeln/transmissionen måste demonteras i fordonet eller tas bort från fordonet. I båda fallen tas rotorn och statorn bort och en ny eller känd god stator- och rotorenhet kan användas för att ersätta enheter som inte har klarat testerna eller som visar data som överensstämmer med långt framskriden åldring. Genom att byta ut både stator och rotor kan man undvika en eventuell feldiagnos eller mer kostsamma tester.

Fallstudiedata och resultatdiskussion

Totalt ingick 20 elektriska transaxlar av generation II (2004-2009) i denna studie. Även om det inte rapporterades i data (men noterades på datasidorna), testades varje transaxel för isolationsresistans (IR) vid 500Vdc. Det fanns noll (0) transaxlar som inte klarade IR-testet. Två av transaxlarna (prov 12 & 16) var dock långsamma med att uppnå den maximala IR-nivån på 500 Vdc @ > 10 sekunder) vilket, enligt testerfarenhet, indikerar en mycket tidig början på isoleringsläckage och en svaghet i MGU-lindningens isolering eller statorspårets isoleringsmaterial. När lindningarna åldras kommer tiden för att uppnå maximal IR-nivå att öka avsevärt (dvs. 45 sekunder – mer än 1 minut), på grund av energiläckage mellan lindningen, spaltlinern och statorlaminaten (bakre järn). Denna typ av dataresultat kommer så småningom att utvecklas till ett MGU-fel, men att förutsäga tiden till felet ligger inte inom ramen för denna artikel. Det finns dock statistiska kvalitetsmetoder (t.ex. Weibull-analys eller tillförlitlighetsstatistik) som kan användas för att förutsäga tiden till fel i MGU baserat på resultaten av elektriska testegenskaper, driftsmiljö etc.

Uppgifter om vägmätare

Vägmätardata i denna fallstudie är mycket omfattande och har avrundats till närmaste 1000 miles för att underlätta rapporteringen. Transaxeln med den lägsta mätarställningen på 23.000 miles och den högsta mätarställningen på 148.000 miles.

Data för mätning av fasresistans

Fasresistansdata rapporteras i enheter av dc milliohm (mOhms). Transaxelprov 8 rapporterade de lägsta resistanserna på 96,40 – 96,90 mOhms. Transaxelprov 3, 4, 7 och 8 rapporterade de lägsta resistanserna för MG2 på 120,00 – 121,00 mOhms. Alla fasresistansmätningar på transaxelprover var < 3% resistansvariation för fasresistansbalans och var därför inom IEEE 1415 – 2006-standarden för balanserade elektriska maskiner med dc-resistans.

Mätdata för spridningsfaktor

Data för Dissipation Factor % visar att transaxel MG1 sample 13 var den enda enhet som inte låg inom det normala intervallet med 7,06 % (VARNING-intervallet). Transaxel MG1 prov 16 data på 5,99% placerade den nästan i WARNING-kategorin med prov 13. Ingen av Transaxle MG2-enhetens data resulterade i en DF% VARNING eller FEL. Transaxelprov 16 DF% på 5,66 ligger dock inom gränserna för acceptabelt test men är på gränsen till WARNING-data. Både MG1- och MG2-data för prov 16 placerar det nästan i kategorin WARNING-data för båda MGU:erna.

Testvärde Statiska mätdata

TVS-mätningen (dimensionslöst tal) är den mest komplexa mätningen av numeriskt värde att rapportera. TVS referensvärde för en Generation II MG1 och MG2 är

– MG1 = 5,80

– MG2 = 13,30

Data för proverna från MG1-transaxeln visade att prov 12 och 5 befann sig i ett WARNING-tillstånd (≥ 3% men ≤ 5% avvikelse från referensdatamålet), medan prov 11 visade ett FAILED-tillstånd (≥ 5% avvikelse från referensdatamålet). Data som samlats in för proverna från MG2-transaxeln visade att prov 1, 2, 4, 10, 11 och 13 befann sig i ett WARNING-tillstånd (≥ 3% men ≤ 5% avvikelse från referensdatamålet), medan prov 15 visade ett FAILED-tillstånd (≥ 5% avvikelse från referensdatamålet).

Slutsatser från fallstudien

Även om denna fallstudie omfattar ett litet urval på 20 personer överensstämmer uppgifterna med de tester som har genomförts på hundratals MGU:er (både Toyotaprodukter och deras konkurrenter). Det är underförstått att om det fanns en generation II-fordonspopulation inom området på ≈1,5 miljoner fordon, är den provstorlek som krävs för att ge en konfidensnivå på 95% (med +/- 3% konfidensintervall) ≈1100 transaxlar.

Urvalsstorleken i denna studie är långt ifrån det antal som krävs för att uppnå en tillförlitlig statistisk modellering av 2004-2009 MG1 och MG2 MGU elektriska maskiner. En tillräckligt stor statistisk population (urvalsstorlek) i kombination med en hög konfidensnivå och konfidensintervall för att uppnå statistiska siffror som är tillförlitliga för att driva en statistisk slutsats låg utanför denna fallstudies omfattning. Den övervägande delen av testbevisen från denna fallstudie (och andra liknande fallstudier) har dock varit förenliga med andra fallstudieresultat när det gäller att ge prognostiskt och diagnostiskt värde till fälttekniker för att fastställa SOH för en MGU före ett katastrofalt fel.

Jämförelse av datatyper – baserat på de data som tillhandahålls i denna fallstudie, kan man dra slutsatsen att data om lindningsmotstånd inte trendar (eller spårar) andra MGU SOH-felmoder. Alla fasresistanstester på MGU:erna i denna fallstudie visade att det fanns balans mellan alla MGU-faser och att alla uppfyllde IEEE 1415-2006-standarden. De DF-data som erhölls från var och en av MGU:erna hade inte samma trend eller spårbarhet som testdata för dc-motstånd och hade inte heller samma trend som TVS-data. Därför kan en MGU innehålla balanserade fasresistanser, DF%-data som ligger inom toleransbanden men inte klara TVS-testning. Denna provning överensstämmer med IEEE 56, 118 och 120 som omfattar provningsmetoder för motorkretsanalys, inklusive hur data samlas in med hjälp av instrument. Baserat på fallstudiedata är det också möjligt att innehålla balanserade fasresistanser, TVS-data som ligger inom toleransbandet men som får varningsnivåer för DF%. Testet uppfyller kraven i IEEE Standard 43-2000 för test av kontaminering av MGU-lindning.

Sammanfattningsvis är resistansdata, DF%-data och TVS-data frikopplade vid bestämning av SOH för en MGU. Genom att använda grundläggande elektrotekniska principer i kombination med avancerad matematik och mjukvarualgoritmer för att rensa data är det möjligt att få en total bild av MGU SOH eller bekräftelse på ett katastrofalt fel. Detta är goda nyheter för tekniker på fältet eftersom många av MGU:s drifts-/prestandaproblem, mätning av åldring av lindning eller slitsisolering eller försök att identifiera svåra intermittenta tillstånd tidigare har varit otillförlitliga. Opålitliga diagnosmetoder som att endast använda en MilliOhmmeter, använda en MilliOhmmeter och IR, eller använda en kombination av MilliOhmmeter, IR och impedansmätare kan inte upptäcka de subtila förändringarna i faslindningens eller statorspolens isolering och kan därför inte upptäcka början på elektriska fel eller isoleringsfel. Dessa metoder kan vara acceptabla för att identifiera ett smalt band av felmoder eller bekräfta ett katastrofalt tillstånd, men ingen kan leverera avancerad MGU-lindning och SOH-testning av slitsliner.

Sammanfattning

Jag hoppas att du har uppskattat denna fallstudie och att den har gett dig mer insikt i hur MGU:er kan testas för ett brett spektrum av SOH och felfunktioner. Testning av den elektriska drivlinan bör bli ett standardiserat inspektionsmått för alla OEM- eller eftermarknadsserviceföretag. När fordonsindustrin fortsätter att gå från förbränningsmotorbaserade drivlinor till en ekonomi med elektriska drivlinor är det viktigt att fordonsteknikerna förstår hur testning och analys ska utföras och vilka fel som kan identifieras med hjälp av analysen. Det kommer också att vara serviceföretagets ansvar att informera och utbilda kunden om hur elektriska drivlinor förändrar inspektionen och servicen av fordonet. För närvarande är det få serviceföretag som informerar konsumenterna om SOH-inspektioner av elektriska drivlinor, och detta måste bli vanligt snart för att säkerställa höga nivåer av Customer Relations Management (CRM). Periodisk testning av EM-enheterna är en viktig del i fastställandet av den elektriska drivlinans SOH och alla företag som utför service på hybrid- och elfordon bör göra det till standard att erbjuda denna tjänst till ägaren av det elektrifierade fordonet. Fordonskunden kommer inte att veta om periodisk EM SOH-analys förrän de får information om det, av dig. Vilken fantastisk segway för ett tjänsteföretag att skapa nya tjänster för att generera intäkter, samtidigt som man erbjuder en solid tjänst för kunden!