電動汽車動力系統及驅動系統故障診斷

吳敏

摘要：動力系統及驅動系統是電動汽車最重要的兩個部分，本文著重對這兩個部分的故障診斷進行詳細的分析與闡述。

關鍵詞：電動汽車;動力;驅動;故障

一、動力系統部件故障診斷

動力電源是電動汽車的動力來源，動力電源技術的突破和成熟可以在極大程度推動電動汽車的發展，讓越來越多的消費者接受和選擇電動汽車。

當前研究開發較多的電動汽車動力電源有鉛酸電池、鎳金屬電池、鋰離子電池含動汽車一般選用磷酸鐵鋰電池作為蓄電池，其具備比容量大、輸出效率高、工作溫度范圍廣、自放電率低、安全性能好、循環壽命長、可承受大電流快速充電等優點。其常見故障如下：

（一）電池本身的故障

電池系統本身發生故障時，主要體現在電源電池的過分充電上。由于生產工藝等存在技術問題，因而各個單體之間存在電容量、充放電效率的差別。顯而易見，電池組中容量較低、充電速率較快的電池單體更快充滿電。動力電源是由一些電池單體通過串并聯組成，當發生過分充電時，容易使電池組溫度過高超過限度，繼而造成電解液泄漏等問題。

（二）電源電壓故障

動力電源電壓常見故障主要包括電池組/電容總電壓過高或過低，電池單體電壓過高或過低等。要保證單體電壓信號監測準確，可以對每個單體電壓進行監測。此法雖然能確保每個單體都被正常監測，但相應的布置和管理難題仍然需要克服。

當出現電池組/電容電壓故障時，整車控制器按相應故障等級進行處理，若為嚴重故障等級，就要確保駕駛員安全，盡快關斷電源，防止事故發生。

（三）電源電流故障

電動汽車動力電源電流出現過大或過小的急速變化，是電流故障的主要表現。設置傳感器監測電流變化，并且和電壓值進行相關性判定。當整車控制器監測到電流異常時，根據故障等級采取相應措施，嚴重時關斷電源。

（四）電源溫度異常故障

電源各個單體溫度不能保證全部一致，因此容易出現箱體溫度不均衡，或是溫度過高等故障。電池/電容溫度的高低在很大程度上會影響其容量和性能，因此對于相關輸電線路和溫度傳感器信息要實時監測。同樣的，若出現了嚴重故障，整車控制器控制關斷電源，保證安全停車。

（五）電源絕緣性故障

動力電源是由許多電池/電容單體串聯組成，因而電壓較高，一般至少在300V以上，遠遠超出一般人所能承受的安全極限。電動汽車行駛環境也是復雜多變的，車身震動不可避免，特別是塵土、濕度、高熱等環境因素，可能造成車載電源和車身底盤之間的絕緣故障。若是電源與車身之間的絕緣電阻值低于規定的安全值，就容易發生漏電故障，所以電源絕緣性檢測必不可少。在動力電源中設置有電壓泄漏傳感器，用于檢測絕緣電阻值大小，發生此故障時，電動汽車電源子系統把信息通過CAN通信網絡發送到電動汽車整車控制器進行控制處理。

二、驅動系統故障診斷

電動汽車的驅動系統主要是動力電機及其傳動系統，動力電源提供電能驅動動力電動機，所以動力電機被視為電動汽車的心臟。不僅如此，動力電機在電動汽車行駛過程中還有能量回收的關鍵作用，將車輪制動時的動能轉為電能重新存儲到動力電源中。一般來看，動力電機及其控制器是故障發生的主要部位。

（一）常見故障

（1）電機出現的故障。

①定子繞組故障：常見的故障主要是匝間或相間短路故障、繞組絕緣失效等。電動汽車采用了永磁同步電機作為動力電動機，當永磁同步電機定子繞組溫度升高或是電機震動使得匝間線圈摩擦損壞時，匝間絕緣被破壞，發生短路故障，進一步使繞組局部過熱，電機震動和噪聲也增大。

②轉子失效故障：主要包括轉子的不平衡、轉子偏心軸發生彎曲、轉子斷條和轉子永磁體失效等。永磁同步電機在工作時轉速高，若因震動等因素造成轉子質心偏移，高速旋轉的離心力會使轉子產生周期性的激振力，從而加大電機震動。

③軸承故障：從電機的結構可知，電動機轉子通過兩端軸承來固定，轉子做高速旋轉運動，兩端軸承需要承受較大載荷。同時電動汽車行駛環境復雜多變，電機可能處在潮濕空氣中或塵土較多的環境中，必須保證軸承有良好的潤滑，防止雜物進入，否則軸承容易發生磨損，造成點蝕、銹蝕，危害軸承強度。軸承故障一旦發生，電動機定子溫度易升高，電機震動增加，甚至使轉子也失效，是比較嚴重的故障。

④電機過熱：電動汽車高強度長時間運行，若冷卻不佳容易使電機溫度升高迅速，耗能增加，能量制動回收效率也下降，使電動汽車續駛里程下降，嚴重時甚至會燒毀電機。因此，通常采取風冷或水冷來對電機進行冷卻。

（2）電機控制器出現的故障。

①電機控制器溫度過高：電機控制器包括一些由電子功率元器件組成的逆變電路，溫度的高低會顯著影響元器件工作效率和狀態，若溫度過高（大于150℃），元器件性能下降，控制器工作狀態不理想，不能使電機合理輸出，最終不能滿足行駛要求。

②電機控制器電流過大：電機控制器的額定電流有相應設計，若實際電流值超出額定值很多會形成沖擊，造成過流故障。綜合來看，驅動系統常見故障見表1。

（二）嚴重故障處理

電機控制子系統ECU和電動汽車整車控制器VCU之間進行診斷通信，當整車控制器VCU分析發現整車驅動電機系統出現嚴重故障時，控制器會按照既定策略來處理，安全關斷電機及其再生制動系統，且保證駕駛員能夠安全停車。

（1）電機過熱處理策略。對電機過熱故障進行處理，需要根據車輛行駛的不同狀態采取不同的處理方法。一種情況下，車輛在行駛過程中因散熱問題導致電機過熱故障，這時要保證駕駛員能安全停車，允許車輛向前行駛，關閉能量再生制動功能，考慮到故障發生在行駛途中，駕駛員很可能仍踩著加速踏板，此刻整車控制器對加速信號進行歸零處理，驅動力矩輸出值為零，保證車輛安全停止。另一種情況下，車輛處于靜止狀態，整車控制器禁止整車進行啟動和驅動。特別是驅動狀態中，加速踏板信號也歸零處理，驅動力矩輸出值為零。

（2）電機控制器故障處理策略。電機控制器是驅動系統的關鍵部分，若是發生故障會使電機無法工作。一般情況下，發生輕微故障和一般故障時，整車控制器會容錯處理，使車輛運行到修理廠。發生嚴重故障時，允許車輛向前行駛，但關閉能量再生制動功能，要保證駕駛員能安全停車，并將加速信號歸零處理，驅動力矩輸出值為零。同理，若車輛處于靜止狀態，整車控制器禁止整車進行啟動和驅動。