Research and diagnostics of electric car BMW I3 electric systems

The problem. The article considers the problem of increasing the efficiency of the use of electric vehicles. This is done by studying and diagnosing electrical equipment of the BMW i3 electric car. Goal. The purpose of the work is to increase the efficiency of the use of electric vehicles by studying and diagnosing electrical equipment of BMW i3 elec-tric vehicle. Methodology. Systematic, theoretical analysis of the methods applied to an electric car. The methodology is based on the integrated approach to studying the BMW i3. The research of the main components of the electrical equipment of the electric vehicle was carried out, its technical characteristics and the principle of operation of the power system were analyzed, issues of charging a high-voltage battery were considered. System power control functions were investigated. The diagnostics of BMW i3 power system in the conditions of the service station was performed. Results. It is established that the purpose of the power control program is to provide sufficient level of the battery charge in different conditions of car operation. It is determined that for the BMW i3 you can use 4 different types of charging. It has been discovered that an emergency situation caused by a discharged battery or problems in the on-board power grid may have various causes, which in most cases do not relate to a high-voltage rechargeable battery. Originality. In the article a comprehensive study of the BMW i3 electric vehicle was conducted. Practical value. New original knowledge has been gained that will improve the performance of BMW i3 electric vehicle.

section_content: Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

-проаналізувати технічні характеристики електромобіля BMW i3 та дослідити його основні компоненти електрообладнання. До таких компонентів належать: система електроживлення, тягова акумуляторна батарея (ТАБ) з контролером керування, системи зарядки, генераторна установка тощо;

-здійснити дослідження систем зарядки високовольтної акумуляторної батареї BMW i3 та додаткового обладнання для цього. Провести аналіз міжнародних стандартів для визначення сприятливих методів зарядки електромобіля BMW i3 в різних країнах;

-провести практичне виконання діагностики електрообладнання BMW i3 в умовах СТО «Баварія Моторс» м. Харків.

section_content: На сучасному етапі розвитку науки та техніки проблема створення енергозберігаючих транспортних засобів вирішується за рахунок створення електричних транспортних засобів: електромобілів, гібридних електромобілів або гібридних транспортних засобів [3, 4]. Перспективними є гібридні транспортні засоби, що мають режим «тільки електрика» та здатні накопичувати енергію в тяговій акумуляторній батареї від стаціонарних джерел електричної енергії [5]. Для живлення електропривода використовуються акумуляторні батареї літій-іонного типу, важливою проблемою яких є балансування їх елементів під час заряду від зовнішньої електричної мережі [6, 7]. Важливою проблемою є порівняння енергетичної ефективності гібридних, електричних та звичайних транспортних засобів, а також розроблення методики визначення витрат енергоносіїв електричних та гібридних транспортних засобів у процесі експлуатації в різних країнах [8] [9] [10] [11].
section_name: Аналіз публікацій

section_content: Електромобіль BMW i3 оснащений новітніми системами управління, зокрема системою супутникової навігації Professional і дистанційного керування, клімат-контролем, відеокамерами заднього виду, підігрівом скла і сидінь, системою посиленого живлення, датчиками дощу, парктроником і мультимедійною розважальною системою з Bluetooth, USB, радіо та іншими елементами комфорту. 

Захист водія та пасажирів в автомобілі забезпечується бічними та фронтальними подушками безпеки, системою ABS, АЕВ, активним круїз-контролем, сигналізацією аварійного зближення під час паркування PDC та іншими активними й пасивними системами. 

Основні технічні характеристики електромобіля BMW i3 зведені в табл. 1. Проведемо аналіз зниження споживання потужності або відключення споживачів електроенергії. Відключення окремих споживачів або зниження споживання потужності слугує для оптимального розподілу потужності, яка є залежною від стану автомобіля та ступеня заряду акумуляторної батареї:

-забезпечення достатнього заряду акумуляторної батареї під час руху (зарядний баланс); -зниження споживання потужності під час розпізнавання зниженої напруги;

-зниження споживання потужності у випадку вимоги мінімальної напруги для електромеханічного підсилювача рульового управління;

-зменшення споживаної потужності для зниження розряду акумуляторної батареї на стоянці (зупинка двигуна автоматичною системою пуску й зупинки двигуна MSA). 

Система управління електроживленням керує зниженням споживання потужності та відключенням окремих споживачів за допомогою запитів (повідомлень), які направляються відповідним ЕБК. Якщо ступінь заряду виходить із критичної ділянки або ступінь заряду поліпшується, функції знову відновлюються.
section_name: Технічні характеристики BMW i3

section_content: Для зарядження електромобіля потрібні додаткові електричні компоненти. В автомобілі потрібні роз'єм для зарядки й силові електронні пристрої для трансформації напруги. Для автомобіля, крім мережі змінної напруги і зарядного кабелю, потрібна ще і станція зарядки (наприклад Wallbox). 

Зарядна станція Wallbox має захисну функцію й управляє зарядженням ТАБ. Напруга мережі змінного струму може становити від 110 до 240 В. На практиці для повного заряду тягової акумуляторної батареї потрібно її заряджати від електричної мережі змінного струму 220 В за час від 7 до 10 год. 

Усі компоненти для зарядження високовольтної акумуляторної батареї електромобіля BMW i3 стандартизовані у частині конструкцій і функцій. У країнах Європи діє відповідний стандарт IEC 61851 [12] [13] [14]. 

EC 61851 -це міжнародний стандарт для систем провідного електропостачання електричних дорожніх транспортних засобів та електричних вантажних автомобілів промисловості, частина яких на цей час все ще розробляється. Компоненти для зарядження високовольтної батареї електромобіля BMW i3 працюють в описаних у стандарті режимах. 

Приклади режимів зарядки згідно зі стандартом IEC 61851:

-режим зарядки 2: підключення до стандартної побутової розетки з додатковою лінією передачі даних; -режим зарядки 3: підключення до стаціонарної станції зарядки Wallbox з лінією передачі даних. 

Для США діє стандарт SAE J1772 [15]. SAE J1772 (IEC -історія останніх збільшень інерційних фаз роботи контакту 30 B (споживачі струму спокою); -історія останніх причин пробудження. До запам'ятовувального пристрою історії енергосистеми записується різна інформація, яка може допомогти у пошуку причин проблем із бортовою енергетичною мережею. Інформація, збережена в запам'ятовувальному пристрої історії енергетичної системи, -це, зокрема:

-огляд поїздок за останні 5 тижнів. Огляд поїздок зберігається в пам'яті історії електроживлення за допомогою 6 наборів даних. Кожен набір даних містить таку інформацію: час початку реєстрації набору даних, пройдений шлях у км під час реєстрації, кількість поїздок на різних ділянках;

-новий набір даних запускається, коли часовий інтервал між поточним часом і часом початку реєстрації поточного набору даних перевищує 7 днів. Таким чином, проміжок часу аналізу становить, як правило, приблизно 35 днів, якщо тільки автомобіль не знаходився в режимі спокою більшу кількість часу;

-старий набір даних перезаписується, як тільки всі 6 наборів даних у приої заповнюються;

-максимальне число активізацій протягом періоду спокою за відповідні останні 5 тижнів. 

Система управління двигуном або система електричного блока управління двигуном (EDME) зберігає різні діагностичні дані, що використовуються під час діагностики електроживлення:

-результати останніх 24 перевірок струму спокою;

-остання зареєстрована заміна акумуляторної батареї;

-ступінь заряду ТАБ за останні 5 днів; -пробіг за останні 5 днів; -час і тривалість останніх 4 обмежень або відключення споживачів струму;

-дані вимірювань для контролю стану акумуляторної батареї з розширеним інтелектуальним датчиком акумуляторної батареї: розпізнавання несправних елементів акумуляторної батареї, залишкова ємність. 

Проведемо дослідження пам'яті помилок у системі керування двигуном та в EDME. Система управління двигуном, або система EDME, зберігає код помилки за умови перевищення струму спокою, глибокого розрядження акумуляторної батареї й обмеження або відключення споживачів струму. 

Запам'ятовувальний пристрій помилок у системі управління світлом працює таким чином. У разі вимкненого контакту R система управління світлом вимикає стоянкові або паркувальні вогні, якщо вимірювана напруга в бортовій мережі нижча, ніж 10,6 В, протягом мінімум 2 хв. За умови відключення в запам'ятовувальному пристрої несправностей записується відповідний код несправності. 

Під час ускладненого переходу до стану спокою або несанкціонованої активації послідовно проводяться різні заходи, такі як відключення контактів, щоб не допустити глибокого розрядження акумуляторної батареї і забезпечити можливість пуску автомобіля.
section_name: Зарядження високовольтної акумуляторної батареї BMW i3

section_content: Проведений аналіз публікацій свідчить, що перспективними видами автотранспортних засобів є електромобілі та гібридні електромобілі. Тому для дослідження обраний саме BMW i3, який випускається в цих двох модифікаціях. 

Дослідження технічних характеристик BMW i3 демонструє його високу економічність та екологічність. За проведеними дослідженнями основних компонентів електрообладнання та системних функцій управління електроживленням сформульовано висновок, який свідчить, що метою програми управління електроживленням є забезпечення достат-нього рівня заряду акумуляторної батареї в різних умовах експлуатації та зберігання автомобіля. 

На основі дослідження різноманітних систем зарядки електромобілів у різних країнах визначено, що для BMW i3 можна застосовувати чотири різних типи зарядки:

-зарядка змінним струмом потужністю 3,7 кВт (базове виконання); -зарядка змінним струмом потужністю 7,4 кВт (додаткове обладнання SA4U8); -комбінована зарядка змінним струмом потужністю 3,7 кВт і постійним струмом потужністю 50 кВт (додаткове обладнання SA4U7); -комбінована зарядка змінним струмом потужністю 7,4 кВт і постійним струмом потужністю 50 кВт (додаткове обладнання SA4U7 і SA4U8). 

Унаслідок діагностики електрообладнання електромобілів BMW i3, яка проходила в умовах СТО «Баварія Моторс», м. Харків, було виявлено їх несправності та зроблено висновок, що аварійна ситуація, викликана розрядженою батареєю або проблемами в бортовій енергетичній мережі, можуть мати різні причини, які здебільшого не відносяться безпосередньо до високовольтної акумуляторної батареї.
section_name: Висновки

section_content: Abstract. The problem. The article considers the problem of increasing the efficiency of the use of electric vehicles. This is done by studying and diagnosing electrical equipment of the BMW i3 electric car. Goal. The purpose of the work is to increase the efficiency of the use of electric vehicles by studying and diagnosing electrical equipment of BMW i3 electric vehicle. Methodology. Systematic, theoretical analysis of the methods applied to an electric car. The methodology is based on the integrated approach to studying the BMW i3. The research of the main components of the electrical equipment of the electric vehicle was carried out, its technical characteristics and the principle of operation of the power system were analyzed, issues of charging a highvoltage battery were considered. System power control functions were investigated. The diagnostics of BMW i3 power system in the conditions of the service station was performed. Results. It is established that the purpose of the power control program is to provide sufficient level of the battery charge in different conditions of car operation. It is determined that for the BMW i3 you can use 4 different types of charging. It has been discovered that an emergency situation caused by a discharged battery or problems in the on-board power grid may have various causes, which in most cases do not relate to a high-voltage rechargeable battery. Originality. In the article a comprehensive study of the BMW i3 electric vehicle was conducted. Practical value. New original
section_name: Research and diagnostics of electric car BMW I3 electric systems