新能源汽車電控系統(tǒng)故障特征及維修方法

在世界各國對環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展意識的推動下，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鍵技術，對保證車輛的使用性能和行駛安全性起著至關重要的作用。但當電子控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，將會對車輛的正常行駛產生很大的影響。研究新能源汽車電控系統(tǒng)故障特征及維修方法對保障我國新能源汽車的安全、可靠、高效運行，促進我國新能源汽車產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實意義。

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，主要負責對驅動電機、蓄電池和輔助傳動裝置的運行進行有效的控制和管理。電機控制器是電機運行的核心部分，根據(jù)電機的輸出功率，對電機轉速、轉矩進行調整。車載充電器的主要功能是將外界的交流電能轉化成蓄電池的直流電能，同時對蓄電池的充電狀況進行監(jiān)測，從而確保蓄電池的安全和有效地工作。系統(tǒng)可以實時監(jiān)控電池的各個部分，如電壓、溫度、電流等，保證電池在正常工作條件下，可以實現(xiàn)平衡充電和放電，延長電池的使用壽命。[]

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)的基礎上，對汽車的能量、動力進行準確的控制。在汽車運行時，可以利用油門等裝置將司機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，算出電動機所需要的動力和轉矩，再由電動機控制器來控制所需要的動力。同時，蓄電池管理系統(tǒng)能夠對蓄電池進行實時監(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，馬達控制裝置可在汽車剎車時，轉換成電力，并將所產生的動能轉換成電能儲存于蓄電池。

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，由于過流的沖擊，會引起內部三極管的擊穿，形成瞬時的大電流通路；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，由于溫度應力的存在，不僅會對芯片的性能造成影響，還會引起器件的故障。除了IGBT組件以外，其它電力器件的失效也是不可忽視的。隨著時間的推移，電容器會出現(xiàn)容量衰減、漏電流增大等問題，甚至會出現(xiàn)擊穿式短路，從而影響到電路的過濾和儲能功能；由于電阻長時間的使用，會產生熱量，引起電阻的漂移，甚至由于過熱還會引起斷路；當電感出現(xiàn)飽和或短路時，其電感值將發(fā)生變化，從而影響到整個電氣控制系統(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十分重要的課題。其主要表現(xiàn)為：測量誤差、信號損耗、零漂、電磁干擾、機械振動、溫度波動等。在實際使用過程中，電機因其自身存在的一些問題，使得電機的控制精度下降，輸出扭矩達不到要求；如果信號損耗，可能會導致電機沒有反饋，或者由于電池管理系統(tǒng)的錯誤判斷，導致電機失控；零點偏移會造成測量基準偏差，導致數(shù)據(jù)累積，對電網的判斷和控制產生不良影響；在使用過程中，由于受到電磁干擾的影響，傳感器信號的準確性、穩(wěn)定性都會受到影響，進而降低了系統(tǒng)的響應速度，降低了測量精度；傳感器在受到機械振動時，會導致傳感器的損傷或位置發(fā)生變化，從而對其工作性能及測量精度產生不利影響；當溫度改變時，傳感器的電氣特性也會隨之改變，太高或者太低都可能導致傳感器失效或者產生錯誤，從而影響到整個系統(tǒng)的工作。電壓傳感器的失效對電氣控制系統(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：一是因為制造工藝的問題，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，從而產生了過電流、元件燒毀等情況。由于長時間的振動和磨損，導線可能出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，信號傳遞中斷，從而造成相應的功能喪失。為了及時有效地發(fā)現(xiàn)缺陷，可以按照以下的工作程序來進行：首先，可以通過外表檢查，觀察導線是否有明顯的損傷，燒焦等痕跡；其次，利用萬用表等電學檢測儀器，對線路的電阻和電壓進行測量，以確定它們的導通和放電特性；最后，通過跟蹤器對線路的走向和接線情況進行定位，從而判斷出故障的確切位置。

（二）軟件故障特征

1.控制算法錯誤

電機的控制算法對車輛的動力學特性有很大的影響。如：計算方式不當，會造成電動機在加速過程中轉矩測量不準確，造成加速抖動；如果設定的參數(shù)不正確，比如PID參數(shù)的設定，就會使車輛在行駛中出現(xiàn)“跳車”現(xiàn)象；傳統(tǒng)的控制策略對一些特殊情況如上、高速超車等情況下的適應性不強，使得系統(tǒng)中的功率分布不盡合理，引起輸出功率的波動。應用此方法，可實現(xiàn)不同工況下的工況仿真，早期發(fā)現(xiàn)故障。[3]針對車輛翻覆、快速超越等特定工況，傳統(tǒng)控制方法難以有效地進行功率分配，導致系統(tǒng)輸出不穩(wěn)定。利用該模型，可對各種工作狀態(tài)進行模擬，并對故障進行預測。汽車試驗結果還可以直觀地揭示故障現(xiàn)象和算法之間的內在聯(lián)系，例如在特殊道路條件下，系統(tǒng)的能耗和算法中相應模塊之間的邏輯誤差等。通過對所提出的問題進行精確辨識，有針對性地對其進行調節(jié)和優(yōu)化，提高電動機的控制精度和穩(wěn)定性，從而提高整車的動力性。

2.通信協(xié)議故障

車載控制器局域網（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，網絡拓撲不合理，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，從而造成汽車的運行故障。數(shù)據(jù)的缺失會導致控制指令不完全，從而影響到系統(tǒng)的準確控制。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。如果網絡結構中的支路太多、結點的布置不合理，所以，在實際的應用中，會出現(xiàn)大量的干擾。由于端子電阻的不適當匹配，信號不能被有效地消除，造成信號畸變。汽車上的電子設備和外部環(huán)境中的電磁輻射等都會與CAN總線產生互相干擾，從而影響CAN總線的正常工作。針對CAN總線通訊中出現(xiàn)的故障，采用現(xiàn)場總線技術，實時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，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合，焊接時的溫度控制是非常重要的，通常把烙鐵的溫度設定在300一350攝氏度，焊接的時間要控制在3一5秒之間，適當?shù)奶砑又蹌源_保焊接牢固，不出現(xiàn)虛焊。在更換后，需要進行以下檢測：一是靜態(tài)檢測，用萬用表對模塊中的各個管腳的電阻進行檢測，用來判斷其內部線路的狀況；二是動態(tài)檢測，用示波器觀察不同外界激勵條件下元件的輸出波形；三是負載測試，也就是對電力系統(tǒng)的負載情況進行仿真，對電力系統(tǒng)中的電流、電

SCHOLARLYCOMMUNICATION壓等參數(shù)進行監(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，對傳感器進行維護是確保其穩(wěn)定性和準確性的關鍵。首先要做的就是對它的校準與調試。但是，在實際應用中，由于受到各種因素的影響，系統(tǒng)會出現(xiàn)零漂等問題，[5因此，必須借助于專用的校準設備，通過校準基準，調整系統(tǒng)的增益、偏差等參數(shù)，實現(xiàn)高精度的測量。其次，要對傳感線路做周期性的維護。車輛在運行時，汽車在運行時，由于車輛的振動、濕度等因素的作用，可能會造成傳感器線路的斷路、短路或接觸不良。在檢修時，要從外表著手，看有無損壞，連接處是否松動，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)對其工作至關重要。（1）線路板短路。當本地線路中有較大的電流通過，就容易導致器件發(fā)熱，線路板短路，嚴重時燒壞。其原因主要是導線間距太小或者長時間的振動和摩擦，導致導線的絕緣層損壞，同時在濕度條件下還會發(fā)生腐蝕，從而引起短路。在檢測過程中，首先要對其表面進行觀察，例如觀察有無燒焦或碳化的痕跡，然后使用電學測試儀器對線路的電阻進行測量，從而判斷出短路的部位，同時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、應力損傷。檢修時，首先要確認是虛焊還是脫焊，可以用放大鏡查看或輕搖元件。針對這類缺陷，可以通過反向流焊和波峰焊等方法對其再焊，并通過X射線探傷等方法保證其焊接質量，以防止單一焊點出現(xiàn)故障而導致電氣控制系統(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，其主要內容為：準確辨識和分析算法，設計并實現(xiàn)優(yōu)化方案。要精確地辨識和分析已有的算法問題，要通過汽車運行資料的記載、失效信息反饋、仿真試驗等手段，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發(fā)展對其進行優(yōu)化，在進行升級時，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存中，在此過程中要對數(shù)據(jù)的完整性和安全性進行嚴格的要求，防止出錯或代碼遭到損壞。代碼完成之后，還有兼容性測試，其中包含了多個硬件部件的協(xié)作工作和多種工作條件下的功能驗證。

2.通信協(xié)議修復與升級

通信協(xié)議的修復和升級是解決新能源汽車電控系統(tǒng)通訊失效的關鍵。具體方法有以下幾點：重構網絡拓撲結構，優(yōu)化節(jié)點布置和線路聯(lián)接，保證信號的穩(wěn)定傳輸；準確調節(jié)端子電阻，以滿足母線規(guī)格;為了降低外部EMI對環(huán)境的干擾，采用了屏蔽線和濾波電路等屏蔽手段。當系統(tǒng)更新或者集成多家廠商的電控系統(tǒng)時，如果存在通信協(xié)議不統(tǒng)一的問題，需要對協(xié)議作進一步的分析和修正，以保證各個電氣控制子系統(tǒng)之間的協(xié)調工作，從而提高車輛的運行穩(wěn)定性和可靠性。

結論

新能源汽車電控系統(tǒng)的故障診斷與高效維護是新能源汽車安全運行的關鍵。在此基礎上，通過對軟硬件的失效特性進行深入研究，構建基于軟硬件維修相結合的故障診斷與維護策略，可有效提高系統(tǒng)的失效處理效率。通過對電子控制系統(tǒng)設計、制造工藝、維修保養(yǎng)等方面的改進，加大對相關標準的研究，為推動新能源汽車工業(yè)健康發(fā)展奠定堅實基礎。

參考文獻：

[1]徐晨.新能源汽車電控系統(tǒng)故障診斷技術分析[J].時代汽車，2024(1):150-152.

[2]姚明泉，陳壯，徐利升.新能源汽車電控系統(tǒng)組成及故障管理技術[J].農機使用與維修，2023(9):118-120.

[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]汽車測試報告，2023(22)：76-78.

[4]羅聲儉.新能源汽車電控系統(tǒng)故障診斷與容錯控制技術研究[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應用策略分析[J].汽車維修技師，2024(6)：110.

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