新能源汽車的故障與維修關(guān)鍵技術(shù)分析

摘要：新能源汽車在故障問(wèn)題、檢修技術(shù)方面和傳統(tǒng)汽車存在較大區(qū)別，意味著對(duì)新能源汽車故障問(wèn)題和維修關(guān)鍵技術(shù)的深入研究勢(shì)在必行。據(jù)此，闡述了新能源汽車的主要特點(diǎn)和種類，分析了研究故障問(wèn)題和維修關(guān)鍵技術(shù)的必要性，分析了新能源汽車常見(jiàn)的電池、變速器、電機(jī)、電路系統(tǒng)故障的特征和原因，探討了相關(guān)故障問(wèn)題的維修關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；故障；維修關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：U472" 收稿日期：2022-11-01

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.01.025

1 前言

在現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)及科技不斷發(fā)展的背景下，新能源汽車作為一種在環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性等方面擁有優(yōu)勢(shì)的汽車產(chǎn)品，在全球范圍內(nèi)受到了廣泛認(rèn)可。近年來(lái)我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，諸多國(guó)產(chǎn)新能源汽車品牌崛起。2021年，我國(guó)新能源汽車銷量超過(guò)350萬(wàn)輛，新能源汽車在汽車領(lǐng)域的占比越來(lái)越大。由于新能源汽車在技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、動(dòng)力模式方面與傳統(tǒng)汽車存在較大差別，意味著其故障問(wèn)題及所適用的維修方式也存在很大的不同。所以，有必要針對(duì)新能源汽車的常見(jiàn)故障問(wèn)題特征、原因及相關(guān)維修關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入探究。

2 新能源汽車故障維修關(guān)鍵技術(shù)研究?jī)r(jià)值

新能源汽車是指采用非常規(guī)燃料，或是采用常規(guī)燃料和新型動(dòng)力裝置作為動(dòng)力來(lái)源的汽車。相較于傳統(tǒng)汽車，新能源汽車具有以下幾方面特征：a.動(dòng)力來(lái)源不同。目前最主流的新能源汽車的直接動(dòng)力來(lái)源是電能，而根據(jù)電能產(chǎn)生或儲(chǔ)存的方式，電動(dòng)汽車可以分為純電汽車和油電混合汽車，當(dāng)然還存在以氫能作為動(dòng)力的汽車。b.動(dòng)力裝置機(jī)制不同。由于采用的動(dòng)力來(lái)源不同，其動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)換裝置和傳統(tǒng)汽車也有較大區(qū)別。比如純電汽車的核心裝置包括電池系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)，其中電池系統(tǒng)為儲(chǔ)能裝置，而電機(jī)系統(tǒng)為動(dòng)力裝置[1]。除此之外，油電混合汽車因?yàn)樯婕皠?dòng)能轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)，其動(dòng)力裝置更為復(fù)雜。c.電子系統(tǒng)扮演的角色越來(lái)越重要。傳統(tǒng)汽車電子系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，汽車駕乘人員其依賴性也比較低。但是在新能源汽車中，電子系統(tǒng)成為影響汽車駕乘舒適度、安全性等方面的關(guān)鍵系統(tǒng)。

可見(jiàn)，新能源汽車的動(dòng)力來(lái)源、驅(qū)動(dòng)形式、動(dòng)力邏輯及結(jié)構(gòu)功能和傳統(tǒng)汽車都存在較大差異，傳統(tǒng)汽車檢修維護(hù)的基本思路和技術(shù)方法較難在新能源汽車中發(fā)揮應(yīng)有的作用[2]。如今新能源汽車核心技術(shù)發(fā)展迅速，但是故障研究和維修技術(shù)發(fā)展卻存在較為明顯的滯后性。近年來(lái)在相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、市場(chǎng)持續(xù)發(fā)展，以及國(guó)家政策鼓勵(lì)推動(dòng)下，我國(guó)新能源汽車保有量越來(lái)越高，而與之相對(duì)應(yīng)的故障檢修及維護(hù)管理領(lǐng)域存在著缺口。這意味著關(guān)于新能源汽車故障維修的相關(guān)技術(shù)研究存在緊迫性。

需要強(qiáng)調(diào)的是，在新能源汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的時(shí)期，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)技術(shù)類型多元化、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、品控水平參差不齊的情況，意味著新能源汽車故障類型、表現(xiàn)形式也會(huì)呈現(xiàn)多元化特征，會(huì)給故障診斷及檢修工作帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。在此背景下，關(guān)于新能源汽車故障問(wèn)題及維修關(guān)鍵技術(shù)的研究，將在保障汽車駕乘人員生命財(cái)產(chǎn)安全及公共安全方面發(fā)揮積極作用，同時(shí)也將給新能源汽車廠商在汽車設(shè)計(jì)、制造方面提供重要支持。

3 電池系統(tǒng)故障維修關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

3.1 故障特征及原因

電能是當(dāng)下新能源汽車的主要?jiǎng)恿?lái)源，電池系統(tǒng)在新能源汽車中的地位不言而喻。因?yàn)殡姵厥切履茉雌囍械母邏翰考⑶倚枰L(zhǎng)期發(fā)揮電能儲(chǔ)備、輸出甚至是回收轉(zhuǎn)化等作用，其出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)以及故障產(chǎn)生的影響較大。新能源汽車電池系統(tǒng)的故障通常會(huì)直接影響電機(jī)、動(dòng)能系統(tǒng)及電子系統(tǒng)，因此比較容易被發(fā)現(xiàn)。導(dǎo)致電池系統(tǒng)故障的原因一般與使用環(huán)境有關(guān)，尤其是過(guò)熱、高濕度的環(huán)境，會(huì)導(dǎo)致電池組系統(tǒng)老化加快，故障率升高。另外，新能源汽車電池組的控制系統(tǒng)如果出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)引起電池出現(xiàn)過(guò)載、過(guò)放、過(guò)充等問(wèn)題。當(dāng)然，與電池、電動(dòng)機(jī)息息相關(guān)的電路貫穿于現(xiàn)代新能源汽車的整個(gè)控制系統(tǒng)之中，各個(gè)電子元件損壞或電路的短路、過(guò)載等，都會(huì)直接影響汽車的正常功能，甚至引發(fā)安全問(wèn)題。

3.2 維修實(shí)踐案例

若新能源汽車電池在系統(tǒng)高壓情況下無(wú)法上電，可以先插入充電槍看是否能夠正常充電。這是因?yàn)橹饕男履茉雌囋O(shè)計(jì)邏輯中，都考慮電池充電優(yōu)先，所以如果發(fā)現(xiàn)電池可以正常充電，就可以基本排除電池低壓控制系統(tǒng)或管理系統(tǒng)的原因。比如，比亞迪E5電池組采用的是雙電路供電的方式，在充電時(shí)，BMS、繼電器、BCM及整車控制器都會(huì)發(fā)揮作用，所以充電功能的正常與否都可以作為判斷這些模塊、元件及裝置是否存在故障的主要依據(jù)之一[3-4]。

接下來(lái)，若檢測(cè)發(fā)現(xiàn)SOC有顯示，則可以排除基于CAN網(wǎng)的通信系統(tǒng)故障。還是以比亞迪E5為例，其電池子網(wǎng)所需的低壓直流電是電池管理系統(tǒng)通過(guò)級(jí)聯(lián)模塊電源提供的，在此基礎(chǔ)上，電池子網(wǎng)CAN-L和CAN-H連接下的管理控制系統(tǒng)和電池組進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在故障診斷中，若發(fā)現(xiàn)汽車儀表OK指示燈亮，說(shuō)明系統(tǒng)的預(yù)充功能及電池組高壓對(duì)外放電功能正常，進(jìn)而可以排除動(dòng)力系統(tǒng)故障。此時(shí)可以懷疑是電池子網(wǎng)存在故障，其原因一般為壓差過(guò)大。

除此之外，當(dāng)前主流新能源汽車電池組都是由多個(gè)電池包構(gòu)成，每個(gè)電池包中由包括了多個(gè)電池組采集單元，單個(gè)采集單元又由溫感器、采集線束、采集模塊等構(gòu)成。其中任何一個(gè)板塊出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)影響汽車的正常使用。

針對(duì)新能源汽車電池組的檢修，采用DTC分析法，即通過(guò)上位機(jī)軟件或診斷儀進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)照汽車廠商發(fā)布的相關(guān)維修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或說(shuō)明，明確故障原因和維修方法。

例如，在一次針對(duì)比亞迪E5電池組故障的檢修中，通過(guò)DTC檢測(cè)顯示故障碼為PTA9400，說(shuō)明此時(shí)電池系統(tǒng)電壓過(guò)低，導(dǎo)致放電功率為0。引起新能源電池系統(tǒng)電壓過(guò)低的原因可能是電池本身故障，也可能是電池采集線束、采集模塊故障。此時(shí)，可以使用電池分析儀檢測(cè)電池電壓，若得到的電壓數(shù)值和數(shù)據(jù)流中顯示的值一致，則可以排除電池采集線束及采集模塊故障。然后，可以對(duì)照廠家維修資料，對(duì)電池組進(jìn)行維修[5]。需要注意的是，如果新能源汽車出現(xiàn)故障的電池組為激光焊接的，那么只能聯(lián)系廠家選取原廠組件進(jìn)行更換，如果是螺栓固定的，則可以在保證安全和規(guī)范的前提下進(jìn)行拆卸、維修。

在拆卸維修時(shí)，首先，檢查電池是否存在漏液及鼓包的情況，檢查時(shí)要注意佩戴防酸堿手套及防護(hù)口罩。任何情況下，電池如果出現(xiàn)漏液或鼓包的情況，必須對(duì)其進(jìn)行更換，并做好廢電池的規(guī)范化處理。若沒(méi)有這些現(xiàn)象，則可以對(duì)電池進(jìn)行均衡處理。需要強(qiáng)調(diào)的是，更換電池組件時(shí)，要嚴(yán)格選擇電池原裝系統(tǒng)一致的元件，避免新舊電池混裝。電池組的一致性具體體現(xiàn)在電阻、溫度、單體電壓等參數(shù)的一致性。最后，可以對(duì)電池進(jìn)行充電檢測(cè)，若在充滿靜置15 min以后該電池出現(xiàn)明顯的電壓下降趨勢(shì)，說(shuō)明其儲(chǔ)能性能不足，或是自放電電流過(guò)大，也需要對(duì)其進(jìn)行更換處理。

4 電機(jī)故障問(wèn)題維修關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

4.1 故障特征及原因

電動(dòng)機(jī)是新能源汽車中將電能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)汽車行駛的機(jī)械能的裝置，其常見(jiàn)故障一般表現(xiàn)為動(dòng)力減弱、汽車無(wú)法啟動(dòng)等。新能源汽車電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)由電子系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)構(gòu)成，其故障也主要分為電氣故障和機(jī)械故障。

引起電氣故障的原因一般為電機(jī)定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)了問(wèn)題，或是部分元件因短路或機(jī)械損傷而失效，導(dǎo)致電機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)或提供動(dòng)力[6-7]。機(jī)械故障方面，主要是由于機(jī)械組件因外力沖擊或老化而出現(xiàn)損壞的情況，相關(guān)故障表現(xiàn)包括動(dòng)力減弱、噪音等，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)駕駛安全產(chǎn)生威脅。另外，在新能源汽車的電機(jī)維修實(shí)踐中，漏電問(wèn)題也比較常見(jiàn)，不僅導(dǎo)致電機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)短路風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)威脅駕乘人員安全。

4.2 維修實(shí)踐案例

新能源汽車中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)常見(jiàn)故障包括異響、異常振動(dòng)等，引起這些問(wèn)題的原因較多，在檢修時(shí)應(yīng)當(dāng)先在拆除防塵罩的情況下，正常啟動(dòng)電機(jī)，觀察其各部件運(yùn)行情況。若發(fā)現(xiàn)是電機(jī)軸和減速器之間出現(xiàn)磨損的情況，需要對(duì)減速器軸承進(jìn)行更換[8]。如果發(fā)現(xiàn)是因?yàn)殡姍C(jī)軸承磨損、變形引起的異響，則應(yīng)當(dāng)選擇原廠質(zhì)量可靠的高速軸承，并注意做好安裝位置的復(fù)核，避免因安裝誤差而引起磨損問(wèn)題。在維修時(shí)，還應(yīng)當(dāng)將電機(jī)軸承及其他機(jī)械系統(tǒng)中的雜質(zhì)清除干凈，尤其是要重點(diǎn)清理因磨損而留下的鐵屑、絕緣雜質(zhì)。同時(shí)，也要避免各種汽油、潤(rùn)滑油基礎(chǔ)定子線圈。

線圈燒蝕是新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)常見(jiàn)故障之一，引起該故障的直接原因一般是電機(jī)溫度過(guò)高。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)線圈裝置中，溫度傳感器會(huì)對(duì)其溫度進(jìn)行檢測(cè)，控制器通過(guò)冷卻水及相關(guān)散熱裝置對(duì)電機(jī)進(jìn)行降溫處理。通常情況下，如果溫度無(wú)法降至合理范圍之內(nèi)，電機(jī)將停機(jī)進(jìn)行自我保護(hù)[9]。但是，如果溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或冷卻散熱系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則很可能導(dǎo)致電機(jī)溫度過(guò)高而引起線圈燒蝕的情況。為此，在查明原因之后，需要對(duì)溫度傳感器及冷卻散熱系統(tǒng)進(jìn)行更換。

關(guān)于漏電問(wèn)題的維修，本文以一起某廠商新能源汽車后驅(qū)電機(jī)漏電故障為例。該汽車故障顯示偶發(fā)性EV受限，維修人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷可能引發(fā)該故障的原因有兩種，即高壓電器故障、線束插接件故障。首先，將車輛退電至OFF檔位，斷開(kāi)蓄電池負(fù)極，使用萬(wàn)用表檢測(cè)正負(fù)極母線對(duì)地阻值分別為16.21 MΩ和17.21 MΩ，符合正常值區(qū)間范圍，因此排除高壓配電箱故障。然后，依次檢測(cè)電機(jī)前后電機(jī)控制器對(duì)地阻值，發(fā)現(xiàn)數(shù)值也符合安全值。再檢測(cè)后電機(jī)ABC三相對(duì)地阻值，分別為1.101 kΩ、2.005 kΩ、1.988 kΩ，異常。再觀察發(fā)現(xiàn)ABC三相和電機(jī)控制器之間有水漬，說(shuō)明進(jìn)水是導(dǎo)致漏電引起偶發(fā)性EV受限的原因。在清理干凈水漬之后，試車50 km，故障未出現(xiàn)，說(shuō)明故障處置成功。

5 剎車系統(tǒng)故障維修關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐分析

5.1 故障特征及原因

剎車系統(tǒng)是汽車的生命裝置，如果在汽車行駛中出現(xiàn)剎車系統(tǒng)故障將可能引發(fā)嚴(yán)重后果。新能源汽車的剎車系統(tǒng)和傳統(tǒng)燃油汽車在基本結(jié)構(gòu)方面存在差異，意味著其故障特征和誘發(fā)因素也存在不同。具體來(lái)講，現(xiàn)代汽車剎車系統(tǒng)都配備有助力裝置，其中傳統(tǒng)燃油車的剎車助力主要是利用發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中形成的真空所產(chǎn)生的壓差，來(lái)為剎車裝置提供助力。而新能源汽車由于沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)，所以需要配備一個(gè)真空儲(chǔ)氣罐及真空泵，通過(guò)電機(jī)抽取真空儲(chǔ)氣罐中的空氣，使之達(dá)到真空狀態(tài)，再通過(guò)真空泵去產(chǎn)生壓差，提供剎車助力?；诖颂卣鳎履茉雌噭x車系統(tǒng)故障的主要誘發(fā)因素一般都與助力系統(tǒng)有關(guān)，如真空儲(chǔ)氣罐出現(xiàn)漏氣的情況，或是真空泵控制系統(tǒng)故障等。

5.2 維修實(shí)踐案例

引起新能源汽車系統(tǒng)剎車系統(tǒng)故障的主要原因之一就是真空泵電機(jī)損壞，尤其是在汽車剎車系統(tǒng)防護(hù)裝置出現(xiàn)破損時(shí)，水進(jìn)入引起短路，很容易誘發(fā)真空泵電機(jī)損壞。針對(duì)該類故障，應(yīng)當(dāng)直接更換真空泵電機(jī)，并且檢查修復(fù)好相應(yīng)的防護(hù)、絕緣裝置。另外，也有部分新能源汽車出現(xiàn)剎車過(guò)硬的原因是真空泵電機(jī)及儲(chǔ)氣罐太小，尤其是一些汽車在維修時(shí)更換的相關(guān)裝置型號(hào)不匹配，無(wú)法滿足系統(tǒng)剎車所需的助力需求。對(duì)此，需要對(duì)照新能源汽車的原廠說(shuō)明資料，更換型號(hào)匹配的儲(chǔ)氣罐及真空泵[10]。當(dāng)然，另一個(gè)引起新能源汽車剎車系統(tǒng)故障的原因是剎車片磨損超限，在檢查發(fā)現(xiàn)其磨損程度超過(guò)安全閾值時(shí)，選擇同型號(hào)剎車片進(jìn)行更換即可。

6 結(jié)語(yǔ)

在新能源汽車全面發(fā)展的背景下，故障檢測(cè)及維修領(lǐng)域發(fā)展滯后的問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。為此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)各種新能源汽車故障問(wèn)題危害、誘發(fā)因素的深入研究，結(jié)合科學(xué)、規(guī)范、合理的檢修方式，快速鎖定故障源，采用合適的維修關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行故障處理。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)積極發(fā)展針對(duì)新能源汽車故障檢修的新型技術(shù)研究，通過(guò)電子化、信息化乃至智能化的檢修技術(shù)，提高故障診斷的效率和準(zhǔn)確性。

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作者簡(jiǎn)介：

易漢卿，男，1994年生，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)槠噭?dòng)力電池技術(shù)、新能源汽車檢測(cè)與維修。