新能源汽車常見故障分析及電控維修技術革新措施

摘 要：針對新能源汽車在運行中遇到的電池效率下降、冷卻系統失效、動力轉換效率不足以及軟件升級與充電不適配等問題，課題組以特斯拉、寶馬i3、比亞迪唐及日產聆風等典型案例為切入點，從政府層面、市場層面、學校層面分別進行措施解讀，建議政府層面應制訂稅收優惠政策、統一維修技術標準，市場層面應建立原廠配件供應鏈、引入第三方評估，學校層面應設計集成式課程、建立模擬維修工作站，從而共同促進新能源汽車維護行業向更高效、系統化方向發展。

關鍵詞：新能源汽車；故障檢測；電控維修；典型實例；革新措施

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2024）17-0085-04

新能源汽車產業的迅猛發展已成為全球汽車產業轉型的主要動力。我國新能源汽車產業在技術水平、產業體系完善、企業競爭力等方面取得顯著提升，連續五年在產銷量和保有量位居世界首位。面對核心技術創新能力不強、質量保障體系待完善、基礎設施建設滯后等挑戰，我國制定了深化供給側結構性改革為主線的高質量發展戰略，強化整車集成技術和關鍵零部件技術的創新，建設智能化生產系統，推動產業的高質量、可持續發展。作為培養汽車維修專業人才的重要陣地，中職學校新能源汽車運用與維修專業應與時俱進，及時改革調整教學體系，一改傳統課堂重學科理論教學、輕實踐探索的教學模式，全力推行工學一體化教學模式，讓學生不僅擁有扎實的專業理論知識，還擁有過硬的實操技能，成為新時代真正擁有高素質的技術技能人才。為此，南寧市技師學院結合學校專業設置情況，積極探索新能源汽車維修專業教學改革，并從政府層面、市場層面和學校層面提出新能源汽車維修技術改革舉措。

一、新能源汽車常見故障

（一）電池容量衰減問題

新能源汽車主要選取高壓電池、低壓蓄電池作為動力來源，其功能檢測主要涉及內外部數值診斷、采集線線路分析、保險絲檢測及電池板處理等內容［1］。新能源汽車的電池容量衰減問題主要體現在電極材料結構破壞、電極表面固體電解質界面（SEI）層增厚、電池內部離子傳輸效率降低等方面，導致鋰離子嵌入和釋放過程的效率下降，降低了電池的有效容量和功率輸出。此外，電解液的分解、鋰枝晶的形成以及電池內部微觀損傷的積累也是導致電池容量衰減的關鍵因素，電池單體溫差大、散熱不均或過熱會嚴重影響電池性能和壽命，需要技術人員深入研究電池材料和電化學反應機制的核心原理，綜合考慮電池的熱慣性、散熱通道的設計、散熱材料的選擇以及系統的整體能效，確保電池在不同工作狀態下都能維持在最佳工作溫度范圍之內。

（二）電機和逆變器故障

新能源汽車的電機和逆變器的故障問題主要歸結于電機驅動系統中的電氣、熱管理和機械應力等多方面因素。首先，從電氣角度來看，逆變器故障多源于熱應力和電壓應力，這些應力超過材料極限時會導致器件老化、性能退化甚至擊穿，高溫和電壓沖擊可加速絕緣材料的化學降解，進而引發功率損失、效率下降和故障率上升。其次，從熱管理角度看，電機的熱問題通常與其繞組和磁鐵的冷卻不足有關，長時間的高負荷運行會導致過熱，逆變器的開關操作產生的高頻電磁干擾（EMI）可能會影響電機的正常運行，從而影響電機效率和性能。最后，從機械角度看，電機在高速旋轉時產生的離心力，容易影響軸承和轉子的結構完整性，進而誘發電機故障［2］。

（三）軟件和固件故障

新能源汽車領域在車載核心芯片控制及中央計算架構體系建設層面存在不足。新能源汽車的軟件故障通常指的是車輛控制單元（ECU）或車輛動力系統管理軟件、充電控制軟件、車載娛樂系統等其他電子控制模塊中的程序錯誤或邏輯問題，導致電池充電不足、動力系統失效、駕駛輔助功能異常等問題。一般來說，硬件故障涉及電池組、電動機、充電器、電動驅動系統等關鍵組件的損壞或失效，例如電池組的單體電池損壞、電機內部繞組斷路、充電器電路故障等，導致出現車輛無法啟動、動力輸出不穩定、充電速度下降等問題。此外，還存在一些因軟硬件集成或通信協議問題而導致的故障，如控制器局域網絡（CAN）總線通信故障、軟硬件不匹配導致的數據傳輸錯誤等。要解決這些軟硬件故障，需要高水平的診斷技術人員和專業的維修人員，且制造商也需要不斷改進產品質量控制和軟硬件開發流程，對車載芯片及光纖通信系統進行安全測評，以降低故障率并提高車輛的可靠性和耐用性［3］。

（四）充電設施兼容性問題

新能源汽車的充電設施兼容性問題是指電動車與不同類型充電設備之間的互操作性，主要涉及電動車與充電樁之間的連接標準、通信協議、充電功率等方面的匹配性。一是連接標準。不同國家、不同地區、不同制造商的電動車和充電樁采用不同的連接標準，如美國的SAE J1772、歐洲的IEC 62196（Type 2）、中國的GB/T 20234（AC）和GB/T 18487（DC）等。二是充電功率。電動車和充電樁之間需要匹配合適的充電功率，以確保安全高效地充電，過低會延長充電時間，過高會損害電池。三是通信協議。不同的電動車和充電樁可能采用不同的通信協議，因此，需制定統一的國際標準、地區性標準，引入直流充電技術及無線充電技術，建立“車—樁—云”三位一體式的互聯充電架構［4］，確保各方之間的互操作性和充電便利性，以解決充電設施設備及網絡的兼容性問題。

二、電控維修技術要點及實例

隨著新能源汽車市場的迅速擴張，電控系統作為新能源汽車的核心技術之一，其維修技術的精準性與高效性直接影響到汽車的關鍵性能。經調查，新能源汽車常見的電控維修技術主要有以下四類。

（一）故障診斷與代碼分析

對高度依賴電子控制單元（ECU）和復雜電氣系統的新能源汽車來說，本環節是識別和解決車輛電子系統問題的關鍵。在診斷汽車故障時，維修師傅可以使用先進的診斷工具讀取車輛的故障代碼，通過對故障代碼的精確解讀和深入分析來定位故障源［5］。因此，整個故障診斷與代碼分析過程要求技術人員不僅要具備深厚的電子電氣專業知識，還要熟悉特定車型的系統架構和工作原理，并掌握先進的診斷工具使用技術和軟件工程技術。

以“特斯拉Model S電池續航力問題”為例。首先，技術人員會通過特斯拉的專用診斷工具讀取車輛的故障代碼和系統日志，分析是否有與電池性能下降相關的故障代碼或異常數據記錄。其次，通過對電池管理系統（BMS）軟件版本的檢查，評估是否存在已知的軟件問題，或是否需要執行軟件更新以解決相關問題。最后，深度評估電池健康狀態，包括單體電池電壓、溫度分布、充放電循環次數等關鍵參數的檢測，如果發現是電池老化或單體電池性能不匹配導致的問題，則需要對電池模組或整個電池包進行更換；如果是BMS軟件或能量管理問題，則需對BMS進行重新編程或更新其軟件，以改善電池續航力。

（二）軟件更新與配置

新能源汽車的軟件在線升級過程（OTA）應滿足監管及技術要求。整個過程主要包括云端服務器升級、網絡傳輸及車端接收等三個模塊，力求匹配車型認證參數及各類裝備的兼容性。當前主要選取區塊鏈技術、密鑰加密等方式進行汽車軟硬件更新的全周期管理［6］。更新過程需要使用專業的診斷工具通過車載診斷系統（OBD）接口對ECU進行編程，以確保軟件版本與車輛制造商的最新標準相匹配。這一過程要求維修技術人員具備深厚的車輛系統理解能力和高級診斷編程技術，確保調整后的車輛既能發揮最佳性能，又符合安全和環保要求。

以“寶馬i3動力控制單元軟件更新”為例。維修技術人員通過專業的診斷工具連接寶馬i3的OBD-II接口，對動力控制單元（PCU）進行精確的軟件版本識別并加載更新文件，整個過程需要確保電源穩定，防止更新中斷造成PCU軟件損壞或失效。軟件成功更新后，維修技術人員需進行必要的配置調整和參數優化，以適應軟件更新帶來的功能變化，并對寶馬i3進行全面的功能測試和道路試駕，驗證新軟件版本是否符合車型標準和功能［7］。

（三）高壓系統維修

新能源汽車的高壓系統維修技術主要涉及對車輛內部高壓電氣部件（包括電池包、電機、逆變器、高壓電纜及電容、繼電器等）的檢測、診斷、維護和更換工作，以及對外包的絕緣檢查。技術要點主要有高壓部件的安全隔離和解隔離操作、高壓電纜和連接器的絕緣性能測試、電池包狀態的診斷以及電機和逆變器的功能檢查［8］。專業技術人員必須嚴格遵循安全標準和操作規程，使用專業的工具和儀器進行檢測，確保人身安全和車輛系統的安全穩定。

以“比亞迪唐高壓電纜絕緣性能下降問題”為例。在檢測時，維修技術人員應識別影響絕緣性能的根本原因，包括長期的機械磨損、環境因素（如溫度、濕度變化）、材料老化或者生產缺陷等，維修技術人員需要使用絕緣電阻測試儀對高壓電纜的絕緣性能進行精確測量，以評估其損傷或磨損程度，從而確定維修或更換電纜的方案。

（四）傳感器與執行器校準

傳感器負責收集車輛各個部分的實時數據，如速度、溫度、壓力等，而執行器則根據這些數據執行相應的動作，如調整電機轉速、控制電池冷卻系統等。因此，準確的傳感器讀數和執行器響應對新能源汽車的性能、安全性以及能效都至關重要［9］。技術要點主要有傳感器性能測試、設置校準參數、檢測執行器響應時間和動作精度以及整個系統的綜合性能驗證。

以“日產聆風輪速傳感器讀數不準問題”為例。一方面，維修技術人員需對輪速傳感器進行檢測，通過實車測試或數據模擬方式檢查輪速傳感器的輸出信號，確認讀數不準確的具體表現及發生原因，如傳感器自身故障、安裝位置偏移、輪速齒輪磨損或污染等。如果是傳感器損壞或性能衰減，則需要更換新的傳感器并進行精確校準，確保其輸出信號與實際車輪轉速之間的匹配度。另一方面，維修技術人員對車輛傳感器進行校準后需進行綜合性能測試，主要涉及路試及動態數據監測，驗證校準后的傳感器是否能準確反映車輪速度，以及整個車輛控制系統是否恢復正常工作。

三、新能源汽車維修技術改革策略

針對當前新能源汽車存在的一系列問題，新能源汽車維修領域應通過技術創新、人才培養、標準制定等多種手段，推動新能源汽車維修技術體系的優化升級，為新能源汽車的可持續發展貢獻力量。

（一）政府層面：實施稅收優惠政策，統一維修技術標準

1.制定稅收優惠政策

一是研發投入費用的稅收抵扣政策。將企業在新能源汽車診斷儀器、特殊維修工具研發投入的部分或全部費用，納入稅前抵扣范圍。二是環保維修材料的退稅政策。對使用環保維修材料（如可回收電池包、生物降解清潔劑等）的企業，實施退稅或降低相關稅率的政策，設定維修材料回收再利用的相關標準，按比例給予退稅。三是技能提升培訓補貼。通過財政補貼等方式支持維修企業采購高精度診斷儀器和專用維修工具，并對組織員工參與新能源汽車維修技術及安全培訓的企業，給予培訓費用補貼或稅收減免。

2.統一維修技術標準

一是制訂維修操作規程。規范高壓系統檢修、電池狀態評估、電控系統故障診斷等關鍵環節。二是建立維修技術認證體系。定期更新維修技術標準和培訓教材，設立新能源汽車維修技術人員資格認證制度，通過專業培訓和考核，頒發合格技術人員相應的操作資格證書。三是實施維修質量監控機制。建立新能源汽車維修質量監督體系，包括維修前后車輛性能的對比測試、顧客滿意度調查等，及時發現并糾正維修質量問題。四是建立技術支持和信息共享平臺。建立國家級的新能源汽車維修技術支持中心，搭建信息共享平臺，提供技術咨詢、故障案例數據庫、最新維修技術動態等信息服務。

（二）市場層面：建立原廠配件供應鏈，引入第三方評估

新能源汽車的維修過程亟待構建一個高效、可靠的配件供應體系和高標準的質量評估體系。一是選擇供應商。新能源汽車制造商應識別并選擇具有創新能力和可持續發展能力的核心供應商，建立備選供應商名單、多元化采購來源，探索和實踐多樣化的合作模式，如聯合投資、技術共享、風險與收益共擔等，通過共享長期業務規劃，共同研發適合新能源汽車需求的高性能配件，形成長期穩定的合作關系。二是系統整合供應鏈信息，設計標準化模塊。可采用先進的信息技術（如ERP、SCM軟件）整合制造商與供應商的信息系統，實現訂單、庫存、物流等數據的實時共享和分析，根據配件的重要性和消耗速率，實施差異化的庫存管理策略，并推進配件的標準化和模塊化設計，定期開展供應鏈風險評估，識別潛在的供應中斷、價格波動、質量問題等風險點，保證配件的互換性和兼容性，著力提高供應鏈的響應速度和靈活性。三是健全質量管理體系。通過定期的質量審核、第三方評估及供應商培訓，建立完善的配件性能測試和評估體系，促使供應商在生產每一個配件的過程都嚴格遵守質量控制標準，持續改進、優化與創新。

（三）學校層面：設計集成式課程，建立模擬維修工作站

在新能源汽車維修技術革新過程中，學校層面的集成式課程設計關鍵在于跨學科整合與實踐技能的深度融合。這就要求課程應涵蓋新能源汽車的核心技術領域，如電機控制系統、電池管理系統（BMS）、車載能源存儲系統（ESS）、高壓電安全操作系統等，還需深入探討這些技術在維修實踐中的應用，著力在建構核心課程群的基礎上，建立“三模塊、三層次”課程體系［10］。同時，結合當前新能源汽車維修領域的技術難題和行業發展趨勢，立項具有實際工程應用背景的故障診斷課題，引導學生利用專業工具（如高級診斷測試設備、電路分析軟件）和技術手段（如數據驅動的故障預測模型、電池性能衰減分析算法）進行精準故障診斷，以幫助學生牢固掌握識別復雜系統故障的核心技術。

此外，建立模擬維修工作站也至關重要。模擬維修工作站的建立需基于系統工程化思維，深入分析新能源汽車動力電池系統、電機控制單元、車輛控制單元等關鍵組成部分的系統架構。基于現有的教學資源和設施，我們要先評估學校在構建模擬維修工作站中師資力量、實驗室空間、預算和設備采購等方面的能力，再建立電動汽車專用診斷工具、電池性能測試儀、電動機測試臺等架構，設計維修操作區、診斷測試區和工具設備存放區，為學生提供實踐平臺與全新技術支撐。

綜上所述，新能源汽車故障診斷教學專業性、實踐性較強，針對新能源汽車電控維修領域面臨的若干關鍵技術難題，相關行業企業已經采用更為高級的故障診斷技術，如基于機器學習的預測性維護，以及利用大數據分析進行故障模式和效應分析（FMEA）等。未來，中職學校應聚焦遠程診斷和維修的教學改革，切實優化行業協作及服務模式，著力研發適應新技術的維修工具和維修方法；教師也應結合學生的具體情況，有針對性地對教學手段進行改革創新，及時更新教學理念和教學內容，創新教學手段，讓學生切實掌握比較前沿的知識和技術，為新能源汽車的發展壯大提供技術支持和保障。

參考文獻

［1］鄒子謙.新能源汽車電池管理系統及常見故障診斷維修對策探究［J］.時代汽車，2022（9）：172-173.

［2］張鵬博，陳仁祥，邵毅明，等.純電動汽車電驅動系統故障診斷研究進展［J］.汽車工程，2024（1）：61-74.

［3］李兆麟，李華偉，鄭四發，等.智能新能源汽車車載控制基礎軟硬件關鍵技術研究進展［J］.汽車工程，2023（9）：1530-1542.

［4］陳永強.充電設施行業面臨的挑戰和發展任務［J］.汽車零部件，2021（11）：96-99.

［5］張書乾，鄧召文.汽車故障診斷技術研究現狀與發展趨勢研究［J］.汽車實用技術，2018（22）：257-260.

［6］王婧璇，文海鷗，陳亞翔.汽車軟件在線升級關鍵技術及監管要求分析［J/OL］.汽車文摘：1-9［2024-04-03］.

［7］胡歡貴.純電動—插電混動—油電混動汽車維修資料大全［M］.機械工業出版社，2019.

［8］鄧廣才.新能源汽車高壓系統故障診斷及維修技術研究［J］.時代汽車，2022（8）：117-118.

［9］陳一明，王駿，董雪強.汽車傳感器常見故障及維修技術探究［J］.時代汽車，2024（3）：162-164.

［10］莫德赟.以企業需求為導向的新能源汽車服務人才培養方案研究：以桂林航天工業學院為例［J］.廣西教育，2019（23）：121-123.

注：本文系2023年度廣西職業教育教學改革研究項目“中職新能源汽車運用與維修專業‘知識整合·數智耦合·技能復合’人才培養模式研究與實踐”（GXZZJG2023B136）、南寧市黃保養技能大師工作室建設項目的研究成果。

（責編 林 劍）