Diagnosis kendaraan listrik: data kendaraan, kode galat, bus CAN, isolasi, baterai dan pengisian, motor dan inverter, dan urutan diagnosis yang aman

Sebuah laundry kembali memakai mobil boks listriknya setelah dua minggu diparkir selama renovasi garasi. Pagi itu mobil tidak mau masuk keadaan siap jalan. Panel menyala redup, menampilkan banyak peringatan sekaligus, lalu padam ketika pintu dibuka. Seorang staf meminjam alat pindai umum dan membaca empat belas kode galat, di antaranya beberapa kode hilangnya komunikasi antarmodul, satu kode inverter, dan satu kode isolasi. Seorang kenalan menyarankan menghapus semua kode, dan bila mobil tetap tidak menyala, mengganti inverter.

Teknisi armada mencatat semua kode dan data sebelum menyentuh apa pun, lalu mengukur baterai 12 V: 11,4 V saat diam, dan turun di bawah 10 V ketika mobil dibangunkan. Setelah baterai 12 V diisi dan diuji, mobil siap jalan dan hampir semua kode hilang. Dua masalah tersisa: pengisian selalu gagal di salah satu pengisi dinding, dan riwayat peringatan isolasi ternyata hampir selalu muncul beberapa jam setelah mobil dicuci. Diagnosis kendaraan listrik memadukan data, logika, dan disiplin keselamatan; bab ini menjelaskan cara berpikirnya dan batas peran teknisi armada, bukan cara memperbaiki komponen tegangan tinggi.

Batas pembahasan

Bab ini membahas diagnosis kendaraan listrik, forklift, dan troli dari sisi teknisi dan pengelola armada: urutan diagnosis, data kendaraan, kode galat, bus CAN, baterai 12 V, isolasi, pengisian, baterai traksi, motor dan inverter, serta peralatan bertegangan rendah. Semua pekerjaan dan pengukuran pada sistem tegangan tinggi mengikuti Bab 9 tentang keselamatan tegangan tinggi kendaraan dan hanya dikerjakan orang yang berwenang menurut manual pabrik. Gambaran data kendaraan dan baseline ada di Bab 2 tentang baterai, motor traksi, dan keselamatan tegangan tinggi; metode diagnosis gangguan listrik di Bab 78 · Kelistrikan & Kendali; gangguan berselang di Bab 12 · Sistem, Diagram & Diagnosis; komunikasi data dan pemeriksaan galat di Bab 5 · Komputasional tentang komunikasi data perangkat lapangan; multimeter digital di Bab 15 · Kelistrikan & Kendali; baterai traksi dan pengisian di Bab 7; motor traksi dan inverter di Bab 8; dan keselamatan tegangan tinggi kendaraan di Bab 9. Arti kode galat, nilai data, dan prosedur uji untuk kendaraan tertentu diambil dari manual servis pabrik.

Urutan diagnosis yang aman

Metode diagnosis gangguan listrik di Bab 78 · Kelistrikan & Kendali berlaku, dengan satu langkah tambahan di depan: keselamatan sistem tegangan tinggi. Urutannya:

1. Keluhan dan riwayat: apa yang terjadi, kapan, pada kondisi apa, dan apa yang berubah sebelumnya, seperti parkir lama, cuci, hujan, perbaikan, atau pengisi baru.
2. Gerbang keselamatan: apakah ada tanda kendaraan rusak, terendam, berasap, atau peringatan isolasi; bila ada, berhenti dan ikuti Bab 9 tentang keselamatan tegangan tinggi kendaraan.
3. Data sebelum tindakan: baca dan simpan semua kode galat, bingkai beku, dan data langsung sebelum menghapus apa pun.
4. Penyebab bersama lebih dulu: banyak kode sekaligus biasanya berasal dari satu sebab, seperti suplai 12 V, pembumian, atau jaringan.
5. Hipotesis dan uji di tingkat aman: uji yang dapat dilakukan dari sisi tegangan rendah, dari data, atau dengan menukar dengan bagian yang diketahui baik, seperti pengisi lain.
6. Eskalasi: hal yang memerlukan pembukaan atau pengukuran tegangan tinggi diserahkan kepada bengkel yang berwenang, dengan data yang sudah dikumpulkan.
7. Verifikasi dan dokumentasi: gejala diuji ulang pada kondisi yang sama, dan temuan dicatat.

Risiko harus dinilai sebelum isolasi apa pun dilakukan, dan prinsip itu berlaku juga sebelum menyentuh konektor kendaraan.

Data kendaraan dan kode galat

Data kendaraan, bingkai beku, dan baseline

Alat diagnosis membaca dua jenis data. Data langsung (live data) adalah nilai saat ini, seperti keadaan muatan, tegangan dan suhu sel terendah dan tertinggi, arus pak, resistans isolasi, status kontaktor, tegangan 12 V, suhu motor, inverter, dan cairan pendingin, serta permintaan dan batas torsi. Bingkai beku (freeze frame) adalah potret data pada saat kode galat tercatat, sehingga teknisi tahu kondisi ketika gangguan terjadi walaupun kendaraan sudah dimatikan.

Seperti di Bab 2 tentang baterai, motor traksi, dan keselamatan tegangan tinggi, data hanya bermakna bila dibandingkan dengan baseline: nilai kendaraan yang sama ketika sehat, atau kendaraan sejenis pada kondisi yang sama. Armada sebaiknya menyimpan potret data setiap kendaraan ketika baru dan setelah servis berkala, terutama selisih tegangan sel, kapasitas yang dilaporkan, resistans isolasi, dan konsumsi energi per kilometer. Riwayat kasus pada satu produk dapat membantu pada perangkat lain dengan gejala yang sama, dan catatan armada berfungsi sama.

Kode galat: format dan cara membacanya

Kode galat (diagnostic trouble code) kendaraan umumnya terdiri atas satu huruf dan empat angka atau karakter:

1. Huruf pertama menunjuk sistem: P untuk penggerak, C untuk sasis, B untuk bodi, dan U untuk jaringan komunikasi.
2. Angka pertama membedakan kode umum yang berlaku lintas pabrik dan kode khusus pabrik.
3. Sisa kode menunjuk subsistem dan jenis gangguan.

Status kode juga penting: aktif berarti gangguan ada sekarang, tertunda berarti terdeteksi tetapi belum dikonfirmasi, dan riwayat berarti pernah terjadi. Kode menunjuk rangkaian atau fungsi yang gagal diperiksa modul, bukan komponen yang harus diganti. Kode "tegangan sensor rendah" dapat berasal dari sensor, kabel, konektor, suplai sensor, atau modul. Kode U yang muncul bersamaan di banyak modul hampir selalu menunjuk sebab bersama: suplai 12 V yang turun, pembumian yang buruk, atau gangguan bus, seperti di kasus pembuka.

Menghapus kode sebelum mencatatnya menghilangkan bingkai beku dan riwayat yang diperlukan untuk diagnosis. Pada kendaraan listrik, sebagian kode keselamatan tidak dapat dihapus dengan alat pindai umum dan hanya dapat ditangani dengan alat dan prosedur pabrik setelah penyebabnya diperbaiki.

Bus CAN

Bus CAN (controller area network) adalah jaringan serial tempat modul kendaraan berkomunikasi, yang memakai dua kabel terpilin, CAN-H dan CAN-L, dengan sinyal diferensial. Prinsip komunikasi serial, terminasi bus, dan pemeriksaan galat dijelaskan di Bab 5 · Komputasional tentang komunikasi data perangkat lapangan; ciri khas CAN:

1. Terminasi: resistor 120 $\Omega$ di kedua ujung bus. Dengan sistem dimatikan, resistans antara CAN-H dan CAN-L terbaca sekitar 60 $\Omega$, yaitu dua resistor 120 $\Omega$ paralel.
2. Tingkat tegangan: saat diam, kedua kabel sekitar 2,5 V. Saat bit dominan, CAN-H naik ke sekitar 3,5 V dan CAN-L turun ke sekitar 1,5 V, sehingga beda tegangannya sekitar 2 V.
3. Pesan berprioritas: setiap pesan membawa pengenal; pesan dengan prioritas tertinggi menang ketika dua modul mengirim bersamaan, dan setiap pesan membawa CRC.
4. Gerbang: kendaraan memiliki beberapa bus dengan kecepatan berbeda, misalnya penggerak, sasis, dan bodi, yang dihubungkan modul gerbang. Soket diagnosis biasanya terhubung ke gerbang.

Gangguan bus yang umum adalah kabel putus atau terhubung singkat ke pembumian atau ke 12 V, konektor korosi, terminasi hilang, atau satu modul rusak yang membuat seluruh bus kacau. Pengukuran pada bus CAN termasuk pekerjaan tegangan rendah, tetapi tetap mengikuti manual agar tidak merusak modul, dan tidak dilakukan pada konektor komponen tegangan tinggi.

Baterai 12 V: sumber gangguan yang paling sering

Kendaraan listrik tetap memiliki baterai 12 V yang memasok modul kendali, lampu, dan kumparan kontaktor tegangan tinggi. Baterai traksi baru tersambung setelah modul bangun dan kontaktor menutup, sehingga baterai 12 V yang lemah membuat kendaraan tidak dapat menyala walaupun baterai traksinya penuh. Pengubah DC ke DC mengisi baterai 12 V hanya ketika kendaraan siap jalan atau sedang diisi, sehingga kendaraan yang lama diparkir menguras baterai 12 V oleh arus siaga modul, alarm, dan pelacak armada.

Tegangan baterai 12 V asam timbal yang sudah istirahat memberi gambaran kasar muatannya: sekitar 12,6 sampai 12,7 V penuh, sekitar 12,2 V setengah, dan sekitar 11,9 V atau kurang hampir kosong. Yang lebih menentukan adalah tegangan ketika dibebani: bila turun terlalu rendah saat modul bangun, modul dapat mati lalu hidup lagi, bus CAN kacau, dan kode U bermunculan. Relai yang buruk dapat menyebabkan penyalaan yang berselang atau mencegah penyalaan, dan kontaktor yang tidak mendapat tegangan kumparan cukup berperilaku sama. Sambungan pembumian yang korosi atau kendur memberi gejala serupa, dan getaran mesin adalah salah satu penyebab terminasi menjadi kendur.

Gangguan isolasi

Peringatan isolasi berasal dari pemantau isolasi yang dijelaskan di Bab 9 tentang keselamatan tegangan tinggi kendaraan. Bagi teknisi armada, tugasnya adalah mengumpulkan pola, bukan mencari letak gangguan di sistem tegangan tinggi. Pertanyaan yang berguna: kapan peringatan muncul, berapa resistans isolasi yang tercatat, apakah terkait hujan, cuci, genangan, pengisian, atau suhu, dan apakah muncul hanya saat pengisian AC, yang menunjuk pengisi di dalam kendaraan, atau juga saat berkendara.

Gangguan isolasi sering berselang, seperti di Bab 12 · Sistem, Diagram & Diagnosis tentang gangguan berselang: air masuk ke konektor atau komponen setelah dicuci dengan semprotan bertekanan di bagian bawah, kondensasi di pagi hari, atau kabel tergesek yang hanya menyentuh bodi saat suspensi bergerak. Catatan pola, ditambah bingkai beku, mempersingkat pekerjaan bengkel yang berwenang. Peringatan isolasi tidak pernah diatasi dengan menghapus kode atau melompati pemantau.

Gangguan pengisian

Pengisian melibatkan tiga bagian: suplai listrik dan pengisi, kabel dan konektor, dan kendaraan. Langkah pertama adalah memisahkan ketiganya: apakah kendaraan lain dapat diisi di pengisi yang sama, dan apakah kendaraan ini dapat diisi di pengisi lain yang diketahui baik.

Pada pengisian AC, pengisi dan kendaraan berkomunikasi lewat sinyal pilot (control pilot) pada satu pin konektor, menurut standar pengisian yang berlaku. Tegangan pilot menunjukkan keadaan: sekitar 12 V tidak terhubung, sekitar 9 V terhubung tetapi kendaraan belum meminta, dan sekitar 6 V kendaraan meminta pengisian. Siklus kerja PWM sinyal pilot memberi tahu kendaraan arus terbesar yang boleh diambil; pada rentang yang umum, arus dalam ampere sekitar 0,6 kali siklus kerja dalam persen. Pengisi yang berhenti di keadaan 9 V berarti kendaraan tidak meminta pengisian, misalnya karena jadwal pengisian, batas muatan yang disetel, baterai terlalu panas, atau galat kendaraan; pengisi yang tidak pernah memberi pilot menunjuk sisi pengisi atau suplai.

Konektor dan kabel pengisi yang aus atau longgar menjadi panas. Gangguan di instalasi listrik sering tampak sebagai titik panas yang dapat dideteksi kamera termal, dan pemeriksaan termal steker, soket, dan terminal pengisi dinding saat mengisi adalah cara aman untuk menemukan sambungan buruk. Pengisian yang berhenti di 80 persen atau melambat saat panas biasanya adalah pengaturan atau perlindungan, seperti di Bab 7 tentang baterai traksi dan pengisian.

Gangguan baterai traksi, motor, dan inverter

Gangguan baterai traksi

Keluhan baterai traksi yang paling umum adalah jarak tempuh berkurang. Jarak tempuh adalah energi pakai dibagi konsumsi:

dengan $e$ konsumsi dalam kWh per kilometer. Penurunan jarak dapat berasal dari kapasitas baterai yang menurun atau dari konsumsi yang naik karena muatan, kecepatan, AC, tekanan ban, rem yang menyeret, atau rute. Data kesehatan baterai dan konsumsi per perjalanan memisahkan keduanya, dan pembandingan dengan baseline armada menunjukkan apakah penurunannya wajar untuk umurnya, seperti di Bab 7 tentang baterai traksi dan pengisian.

Selisih tegangan sel terendah dan tertinggi menunjukkan keseimbangan pak. Pada litium berbasis nikel, selisih yang jauh lebih besar dari baseline saat istirahat menunjuk sel atau modul lemah. Pada litium besi fosfat yang tegangannya datar, selisih di tengah rentang muatan kecil walaupun pak tidak seimbang, sehingga selisih lebih bermakna dibaca di ujung pengisian atau di ujung pengosongan. Bila satu sel atau modul diduga lemah, data selisih tegangan dan riwayat pengisian diserahkan ke bengkel yang berwenang untuk diuji dengan alat pabrik.

Gangguan motor dan inverter

Gejala motor dan inverter yang umum dan cara membacanya dari data, dengan dasar kerja yang dibahas di Bab 8 tentang motor traksi dan inverter:

1. Penurunan daya karena suhu: bandingkan suhu cairan pendingin, motor, dan inverter dengan baseline pada suhu udara dan beban yang mirip. Suhu cairan yang tinggi menunjuk sistem pendingin lebih dulu, seperti kekurangan cairan, pompa lemah, atau radiator tersumbat, sebelum motor atau inverter.
2. Galat sensor posisi atau arus: sering berasal dari konektor atau kabel sinyal yang dapat diperiksa di sisi tegangan rendah menurut manual.
3. Bunyi dan getaran: bantalan motor atau roda gigi reduksi, yang dibedakan dari bunyi PWM yang normal.
4. Regenerasi berubah: bandingkan dengan keadaan muatan dan suhu baterai sebelum menyimpulkan kerusakan.

Semprotan pendingin dapat membantu menemukan gangguan termal berselang pada komponen elektronika; pada kendaraan listrik, pengujian semacam itu pada komponen tegangan tinggi tidak dilakukan teknisi armada, dan pola suhu dari data dipakai sebagai gantinya.

Forklift dan troli: diagnosis pada tegangan rendah

Forklift dan troli 24 sampai 80 V umumnya didiagnosis lewat tampilan atau kode kedip pengendalinya dan alat pabrik. Banyak gangguan berasal dari bagian sederhana:

1. Sakelar keselamatan: sakelar kursi, sakelar orang mati di tuas kemudi, sakelar rem parkir, dan urutan menyalakan. Pengendali menolak bergerak bila tuas arah sudah dipindah sebelum kunci dinyalakan.
2. Konektor baterai: kontak yang aus, terbakar, atau longgar menyebabkan tegangan jatuh saat beban besar.
3. Kontaktor utama dan sekring: kontak kontaktor yang aus atau sekring yang putus.
4. Baterai: berat jenis dan tegangan per sel seperti di Bab 7 tentang baterai traksi dan pengisian, dan sambungan antarsel yang kendur.

Pengukuran tegangan dan penurunan tegangan dengan multimeter, seperti di Bab 15 · Kelistrikan & Kendali tentang multimeter digital dan Bab 78 · Kelistrikan & Kendali tentang metode diagnosis gangguan listrik, berguna di sini, dengan memperhatikan arus hubung singkat yang besar seperti di Bab 9 tentang keselamatan tegangan tinggi kendaraan: tanpa perhiasan logam, dengan perkakas berisolasi, dan dengan konektor baterai dilepas bila manual memintanya.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya.

Contoh 1: arus siaga dan baterai 12 V. Baterai 12 V berkapasitas 45 Ah dan arus siaga kendaraan 40 mA. Selama 14 hari parkir, muatan yang terambil $0{,}040 \times 24 \times 14 = 13{,}4$ Ah, sekitar 30 persen kapasitas. Bila baterai mulai pada 70 persen, sisanya sekitar 40 persen, dan tegangan saat dibebani dapat turun cukup rendah untuk membuat modul gagal bangun.

Contoh 2: penurunan tegangan pada pembumian. Saat modul bangun dan kontaktor ditutup, arus 12 V sekitar 40 A melewati kabel pembumian ke bodi. Penurunan tegangan yang terukur 0,8 V berarti resistans $0{,}8/40 = 0{,}020$ $\Omega$. Bila acuan penurunan untuk sambungan yang baik sekitar 0,1 V atau kurang, sambungan itu buruk dan dibersihkan atau diganti menurut manual.

Contoh 3: resistans terminasi CAN. Dengan sistem dimatikan, resistans CAN-H ke CAN-L terbaca 60 $\Omega$: normal, dua terminator 120 $\Omega$ paralel. Terbaca 120 $\Omega$: satu terminator hilang atau kabel putus di antara titik ukur dan salah satu ujung. Terbaca 40 $\Omega$: ada terminator ketiga, misalnya dari perangkat tambahan, karena $1/(1/120 + 1/120 + 1/120) = 40$ $\Omega$. Terbaca mendekati 0 $\Omega$: CAN-H dan CAN-L terhubung singkat.

Contoh 4: tegangan CAN. Saat sistem hidup, CAN-H terukur tetap 0 V dan CAN-L sekitar 0,2 V terhadap pembumian. Tingkat diam yang normal sekitar 2,5 V pada kedua kabel, sehingga dugaan utama adalah CAN-H terhubung singkat ke pembumian; bagian bus dipisahkan menurut manual untuk mencari letaknya.

Contoh 5: sinyal pilot pengisian AC. Pengisi dinding memberi sinyal pilot dengan siklus kerja 25 persen, sehingga arus yang diizinkan sekitar $0{,}6 \times 25 = 15$ A. Pada pengisi kedua dengan siklus kerja 50 persen, arus yang diizinkan 30 A, tetapi pengisi di dalam kendaraan yang dibatasi 16 A hanya mengambil 16 A. Di pengisi pertama, tegangan pilot berhenti di 9 V dan tidak turun ke 6 V, sehingga kendaraan belum meminta pengisian; di pengisi lain kendaraan itu terisi normal, sehingga pemeriksaan diarahkan ke pengisi pertama dan kabelnya.

Contoh 6: pola peringatan isolasi. Dalam 30 hari tercatat 5 peringatan isolasi. Mobil dicuci 6 kali, dan 4 peringatan muncul dalam 2 jam setelah cuci. Waktu "2 jam setelah cuci" totalnya 12 jam dari 720 jam, sehingga bila peringatan muncul acak, yang diharapkan jatuh di jendela itu hanya $5 \times 12/720 = 0{,}08$ peringatan. Empat dari lima adalah pola yang kuat, dan data ini diserahkan ke bengkel yang berwenang bersama cara mencuci yang dipakai.

Kondisi berhenti

Hentikan diagnosis dan serahkan kepada bengkel yang berwenang bila:

1. Ada peringatan isolasi aktif, galat sistem tegangan tinggi, atau tanda kendaraan rusak, terendam, atau berasap, seperti di Bab 9 tentang keselamatan tegangan tinggi kendaraan.
2. Langkah berikutnya memerlukan pelepasan penutup, konektor, atau komponen tegangan tinggi.
3. Kode galat keselamatan tidak dapat dihapus atau muncul kembali setelah perbaikan sederhana.
4. Konektor atau kabel pengisi panas, berubah warna, atau berbau terbakar; hentikan pengisian dan matikan pengisi.
5. Alat diagnosis meminta pemrograman ulang modul atau perubahan parameter yang tidak dipahami atau tidak diizinkan.
6. Langkah berikutnya memerlukan pengukuran pada sistem tegangan tinggi; pekerjaan dan pengukuran itu hanya dikerjakan orang yang berwenang menurut manual pabrik.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 2 tentang baterai, motor traksi, dan keselamatan tegangan tinggi memberi data kendaraan dan baseline. Metode diagnosis ada di Bab 78 · Kelistrikan & Kendali tentang metode diagnosis gangguan listrik, gangguan berselang di Bab 12 · Sistem, Diagram & Diagnosis, komunikasi data di Bab 5 · Komputasional tentang komunikasi data perangkat lapangan, multimeter di Bab 15 · Kelistrikan & Kendali tentang multimeter digital, dan aliran energi kendaraan di Bab 1 tentang kendaraan sebagai aliran energi. Baterai, motor dan inverter, serta keselamatan tegangan tinggi dibahas di Bab 7 tentang baterai traksi dan pengisian, Bab 8 tentang motor traksi dan inverter, dan Bab 9 tentang keselamatan tegangan tinggi kendaraan. Bab ini menutup rak Otomotif & Mobilitas Listrik.

Latihan dan pembahasan