新能源汽車電控系統(tǒng)故障特征及維修方法

在世界各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展意識(shí)的推動(dòng)下，新能源汽車正被大力提倡與使用。電子控制系統(tǒng)作為新能源汽車的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)保證車輛的使用性能和行駛安全性起著至關(guān)重要的作用。但當(dāng)電子控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，將會(huì)對(duì)車輛的正常行駛產(chǎn)生很大的影響。研究新能源汽車電控系統(tǒng)故障特征及維修方法對(duì)保障我國(guó)新能源汽車的安全、可靠、高效運(yùn)行，促進(jìn)我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、新能源汽車電控系統(tǒng)組成及工作原理

在新能源汽車中，電子控制系統(tǒng)是其核心部件，主要負(fù)責(zé)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、蓄電池和輔助傳動(dòng)裝置的運(yùn)行進(jìn)行有效的控制和管理。電機(jī)控制器是電機(jī)運(yùn)行的核心部分，根據(jù)電機(jī)的輸出功率，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)整。車載充電器的主要功能是將外界的交流電能轉(zhuǎn)化成蓄電池的直流電能，同時(shí)對(duì)蓄電池的充電狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而確保蓄電池的安全和有效地工作。系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控電池的各個(gè)部分，如電壓、溫度、電流等，保證電池在正常工作條件下，可以實(shí)現(xiàn)平衡充電和放電，延長(zhǎng)電池的使用壽命。[]

新能源汽車電控系統(tǒng)是在充分利用各種傳感器數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)汽車的能量、動(dòng)力進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。在汽車運(yùn)行時(shí)，可以利用油門等裝置將司機(jī)的操縱意圖傳送給汽車控制裝置，汽車控制裝置基于上述信息，算出電動(dòng)機(jī)所需要的動(dòng)力和轉(zhuǎn)矩，再由電動(dòng)機(jī)控制器來控制所需要的動(dòng)力。同時(shí)，蓄電池管理系統(tǒng)能夠?qū)π铍姵剡M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，向整車控制器提供蓄電池的健康狀態(tài)、可用電量等信息，保證蓄電池能夠在最優(yōu)工況下工作。在能量回饋系統(tǒng)中，馬達(dá)控制裝置可在汽車剎車時(shí)，轉(zhuǎn)換成電力，并將所產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存于蓄電池。

二、新能源汽車電控系統(tǒng)故障特征分析

（一）硬件故障特征

1.功率器件故障

IGBT組件是新能源汽車電控系統(tǒng)的核心部件，其故障有多種類型，其中最常見的有短路、斷路和因外界壓力而引起的劣化等。短路時(shí)，由于過流的沖擊，會(huì)引起內(nèi)部三極管的擊穿，形成瞬時(shí)的大電流通路；斷路故障通常是由于過熱損傷而引起的，如保險(xiǎn)絲燒毀、晶片斷裂等；在高壓大電流工作環(huán)境中，由于溫度應(yīng)力的存在，不僅會(huì)對(duì)芯片的性能造成影響，還會(huì)引起器件的故障。除了IGBT組件以外，其它電力器件的失效也是不可忽視的。隨著時(shí)間的推移，電容器會(huì)出現(xiàn)容量衰減、漏電流增大等問題，甚至?xí)霈F(xiàn)擊穿式短路，從而影響到電路的過濾和儲(chǔ)能功能；由于電阻長(zhǎng)時(shí)間的使用，會(huì)產(chǎn)生熱量，引起電阻的漂移，甚至由于過熱還會(huì)引起斷路；當(dāng)電感出現(xiàn)飽和或短路時(shí)，其電感值將發(fā)生變化，從而影響到整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定和精度。

2.傳感器故障

在新能源汽車電子控制系統(tǒng)中，電流互感器的故障是一項(xiàng)十分重要的課題。其主要表現(xiàn)為：測(cè)量誤差、信號(hào)損耗、零漂、電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)、溫度波動(dòng)等。在實(shí)際使用過程中，電機(jī)因其自身存在的一些問題，使得電機(jī)的控制精度下降，輸出扭矩達(dá)不到要求；如果信號(hào)損耗，可能會(huì)導(dǎo)致電機(jī)沒有反饋，或者由于電池管理系統(tǒng)的錯(cuò)誤判斷，導(dǎo)致電機(jī)失控；零點(diǎn)偏移會(huì)造成測(cè)量基準(zhǔn)偏差，導(dǎo)致數(shù)據(jù)累積，對(duì)電網(wǎng)的判斷和控制產(chǎn)生不良影響；在使用過程中，由于受到電磁干擾的影響，傳感器信號(hào)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性都會(huì)受到影響，進(jìn)而降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，降低了測(cè)量精度；傳感器在受到機(jī)械振動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致傳感器的損傷或位置發(fā)生變化，從而對(duì)其工作性能及測(cè)量精度產(chǎn)生不利影響；當(dāng)溫度改變時(shí)，傳感器的電氣特性也會(huì)隨之改變，太高或者太低都可能導(dǎo)致傳感器失效或者產(chǎn)生錯(cuò)誤，從而影響到整個(gè)系統(tǒng)的工作。電壓傳感器的失效對(duì)電氣控制系統(tǒng)的影響也是一樣的。

3.控制器電路板故障

控制面板的故障有二種：一是因?yàn)橹圃旃に嚨膯栴}，造成相鄰線路間的絕緣層損壞，或者是在潮濕的環(huán)境中，線路被腐蝕，從而產(chǎn)生了過電流、元件燒毀等情況。由于長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)和磨損，導(dǎo)線可能出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，信號(hào)傳遞中斷，從而造成相應(yīng)的功能喪失。為了及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)缺陷，可以按照以下的工作程序來進(jìn)行：首先，可以通過外表檢查，觀察導(dǎo)線是否有明顯的損傷，燒焦等痕跡；其次，利用萬用表等電學(xué)檢測(cè)儀器，對(duì)線路的電阻和電壓進(jìn)行測(cè)量，以確定它們的導(dǎo)通和放電特性；最后，通過跟蹤器對(duì)線路的走向和接線情況進(jìn)行定位，從而判斷出故障的確切位置。

（二）軟件故障特征

1.控制算法錯(cuò)誤

電機(jī)的控制算法對(duì)車輛的動(dòng)力學(xué)特性有很大的影響。如：計(jì)算方式不當(dāng)，會(huì)造成電動(dòng)機(jī)在加速過程中轉(zhuǎn)矩測(cè)量不準(zhǔn)確，造成加速抖動(dòng)；如果設(shè)定的參數(shù)不正確，比如PID參數(shù)的設(shè)定，就會(huì)使車輛在行駛中出現(xiàn)“跳車”現(xiàn)象；傳統(tǒng)的控制策略對(duì)一些特殊情況如上、高速超車等情況下的適應(yīng)性不強(qiáng)，使得系統(tǒng)中的功率分布不盡合理，引起輸出功率的波動(dòng)。應(yīng)用此方法，可實(shí)現(xiàn)不同工況下的工況仿真，早期發(fā)現(xiàn)故障。[3]針對(duì)車輛翻覆、快速超越等特定工況，傳統(tǒng)控制方法難以有效地進(jìn)行功率分配，導(dǎo)致系統(tǒng)輸出不穩(wěn)定。利用該模型，可對(duì)各種工作狀態(tài)進(jìn)行模擬，并對(duì)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)。汽車試驗(yàn)結(jié)果還可以直觀地揭示故障現(xiàn)象和算法之間的內(nèi)在聯(lián)系，例如在特殊道路條件下，系統(tǒng)的能耗和算法中相應(yīng)模塊之間的邏輯誤差等。通過對(duì)所提出的問題進(jìn)行精確辨識(shí)，有針對(duì)性地對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)和優(yōu)化，提高電動(dòng)機(jī)的控制精度和穩(wěn)定性，從而提高整車的動(dòng)力性。

2.通信協(xié)議故障

車載控制器局域網(wǎng)（CAN）總線的通訊故障表現(xiàn)為通訊中斷，數(shù)據(jù)丟失，誤碼率提高，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳缓侠?，終端電阻失配，以及EMI等。由于通訊的中斷，各電氣控制系統(tǒng)之間的信息傳遞受到阻礙，從而造成汽車的運(yùn)行故障。數(shù)據(jù)的缺失會(huì)導(dǎo)致控制指令不完全，從而影響到系統(tǒng)的準(zhǔn)確控制。較高的誤碼率將生成不正確的信息，從而影響到系統(tǒng)的正常工作。如果網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的支路太多、結(jié)點(diǎn)的布置不合理，所以，在實(shí)際的應(yīng)用中，會(huì)出現(xiàn)大量的干擾。由于端子電阻的不適當(dāng)匹配，信號(hào)不能被有效地消除，造成信號(hào)畸變。汽車上的電子設(shè)備和外部環(huán)境中的電磁輻射等都會(huì)與CAN總線產(chǎn)生互相干擾，從而影響CAN總線的正常工作。針對(duì)CAN總線通訊中出現(xiàn)的故障，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)時(shí)采集并處理通訊中出現(xiàn)的各類信息，以輔助工程人員作出正確的判斷與決策。[4]

三、新能源汽車電控系統(tǒng)維修方法

（一）硬件維修方法

1.功率器件維修

在更換IGBT組件時(shí)，為防止損壞線路板，需要先用專業(yè)的工具將原組件拆開，然后再將原組件清洗干凈。為了保證新組件與線路板的緊密結(jié)合，焊接時(shí)的溫度控制是非常重要的，通常把烙鐵的溫度設(shè)定在300一350攝氏度，焊接的時(shí)間要控制在3一5秒之間，適當(dāng)?shù)奶砑又蹌?，以確保焊接牢固，不出現(xiàn)虛焊。在更換后，需要進(jìn)行以下檢測(cè)：一是靜態(tài)檢測(cè)，用萬用表對(duì)模塊中的各個(gè)管腳的電阻進(jìn)行檢測(cè)，用來判斷其內(nèi)部線路的狀況；二是動(dòng)態(tài)檢測(cè)，用示波器觀察不同外界激勵(lì)條件下元件的輸出波形；三是負(fù)載測(cè)試，也就是對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)載情況進(jìn)行仿真，對(duì)電力系統(tǒng)中的電流、電

SCHOLARLYCOMMUNICATION壓等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。通過以上研究，不僅可以解決IGBT模塊在電氣控制系統(tǒng)中的穩(wěn)定性問題，還可以確保其與其他部件的兼容性，為新能源汽車電子控制系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換與傳輸提供理論依據(jù)。

2.傳感器維修

在新能源汽車電子控制系統(tǒng)中，對(duì)傳感器進(jìn)行維護(hù)是確保其穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。首先要做的就是對(duì)它的校準(zhǔn)與調(diào)試。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，由于受到各種因素的影響，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)零漂等問題，[5因此，必須借助于專用的校準(zhǔn)設(shè)備，通過校準(zhǔn)基準(zhǔn)，調(diào)整系統(tǒng)的增益、偏差等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量。其次，要對(duì)傳感線路做周期性的維護(hù)。車輛在運(yùn)行時(shí)，汽車在運(yùn)行時(shí)，由于車輛的振動(dòng)、濕度等因素的作用，可能會(huì)造成傳感器線路的斷路、短路或接觸不良。在檢修時(shí)，要從外表著手，看有無損壞，連接處是否松動(dòng)，再用方能表檢查以發(fā)現(xiàn)問題。

3.控制器電路板維修

在新能源汽車電控系統(tǒng)中，控制盤的保養(yǎng)對(duì)其工作至關(guān)重要。（1）線路板短路。當(dāng)本地線路中有較大的電流通過，就容易導(dǎo)致器件發(fā)熱，線路板短路，嚴(yán)重時(shí)燒壞。其原因主要是導(dǎo)線間距太小或者長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)和摩擦，導(dǎo)致導(dǎo)線的絕緣層損壞，同時(shí)在濕度條件下還會(huì)發(fā)生腐蝕，從而引起短路。在檢測(cè)過程中，首先要對(duì)其表面進(jìn)行觀察，例如觀察有無燒焦或碳化的痕跡，然后使用電學(xué)測(cè)試儀器對(duì)線路的電阻進(jìn)行測(cè)量，從而判斷出短路的部位，同時(shí)也可以通過線路跟蹤器精確地找到故障的線路。（2）電子元件的虛焊和脫焊。這一問題在高溫、高濕，以及反復(fù)的溫差環(huán)境中很容易發(fā)生。在較高的溫度下，容易發(fā)生釬料的軟化、應(yīng)力損傷。檢修時(shí)，首先要確認(rèn)是虛焊還是脫焊，可以用放大鏡查看或輕搖元件。針對(duì)這類缺陷，可以通過反向流焊和波峰焊等方法對(duì)其再焊，并通過X射線探傷等方法保證其焊接質(zhì)量，以防止單一焊點(diǎn)出現(xiàn)故障而導(dǎo)致電氣控制系統(tǒng)的失效。

（二）軟件維修方法

1.控制算法更新與優(yōu)化

控制算法更新和優(yōu)化是新能源汽車電氣控制系統(tǒng)故障診斷與優(yōu)化的一種有效方法，其主要內(nèi)容為：準(zhǔn)確辨識(shí)和分析算法，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)優(yōu)化方案。要精確地辨識(shí)和分析已有的算法問題，要通過汽車運(yùn)行資料的記載、失效信息反饋、仿真試驗(yàn)等手段，來判斷出現(xiàn)的問題；要按照車輛工程的原理以及最新的技術(shù)發(fā)展對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，在進(jìn)行升級(jí)時(shí)，首先要將新的算法代碼通過特定的程序接口寫入到控制器的內(nèi)存中，在此過程中要對(duì)數(shù)據(jù)的完整性和安全性進(jìn)行嚴(yán)格的要求，防止出錯(cuò)或代碼遭到損壞。代碼完成之后，還有兼容性測(cè)試，其中包含了多個(gè)硬件部件的協(xié)作工作和多種工作條件下的功能驗(yàn)證。

2.通信協(xié)議修復(fù)與升級(jí)

通信協(xié)議的修復(fù)和升級(jí)是解決新能源汽車電控系統(tǒng)通訊失效的關(guān)鍵。具體方法有以下幾點(diǎn)：重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，優(yōu)化節(jié)點(diǎn)布置和線路聯(lián)接，保證信號(hào)的穩(wěn)定傳輸；準(zhǔn)確調(diào)節(jié)端子電阻，以滿足母線規(guī)格;為了降低外部EMI對(duì)環(huán)境的干擾，采用了屏蔽線和濾波電路等屏蔽手段。當(dāng)系統(tǒng)更新或者集成多家廠商的電控系統(tǒng)時(shí)，如果存在通信協(xié)議不統(tǒng)一的問題，需要對(duì)協(xié)議作進(jìn)一步的分析和修正，以保證各個(gè)電氣控制子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)工作，從而提高車輛的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

結(jié)論

新能源汽車電控系統(tǒng)的故障診斷與高效維護(hù)是新能源汽車安全運(yùn)行的關(guān)鍵。在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)軟硬件的失效特性進(jìn)行深入研究，構(gòu)建基于軟硬件維修相結(jié)合的故障診斷與維護(hù)策略，可有效提高系統(tǒng)的失效處理效率。通過對(duì)電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造工藝、維修保養(yǎng)等方面的改進(jìn)，加大對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究，為推動(dòng)新能源汽車工業(yè)健康發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]畢言興.新能源汽車電控系統(tǒng)故障診斷與維修策略研究[J]汽車測(cè)試報(bào)告，2023(22)：76-78.

[4]羅聲儉.新能源汽車電控系統(tǒng)故障診斷與容錯(cuò)控制技術(shù)研究[J].汽車維修技師，2024，(18)：27.

[5]楊舒淇，許江.新能源汽車電控維修技術(shù)應(yīng)用策略分析[J].汽車維修技師，2024(6)：110.

[6]宋麗敏，陳娜娜.新能源汽車維護(hù)及故障診斷[M].化學(xué)工業(yè)出版社：202308.378.