電動汽車驅動系統(tǒng)故障檢測與診斷技術研究

劉威

摘 要：電動汽車是當前汽車產業(yè)發(fā)展的主要趨勢，電驅系統(tǒng)在節(jié)能、環(huán)保以及動力方面具有獨特的優(yōu)勢，但是由于電動汽車發(fā)展時間不長，驅動系統(tǒng)存在一些故障，基于行駛安全的需要，需要構建檢測與診斷技術，以此滿足電動汽車產業(yè)健康發(fā)展的需要。

關鍵詞：電動汽車；驅動故障；檢測；診斷技術

電動汽車驅動系統(tǒng)主要采取無刷直流電機和永磁同步電機，基于電動汽車越來越受社會歡迎的現(xiàn)實，完善電驅系統(tǒng)的安全是故障檢測與診斷技術發(fā)展所面臨的主要問題。

故障診斷系統(tǒng)主要包括故障自測試和動態(tài)系統(tǒng)在線診斷，通過構建電驅系統(tǒng)故障檢測與診斷系統(tǒng)可以提高電動汽車的運行效率，降低故障發(fā)生率。

一、電驅動系統(tǒng)主要故障和機理分析

綜合分析，電動汽車驅動系統(tǒng)的故障有很多種，基于分析角度的不同，其可以分為多種故障形式，本文主要是基于電動汽車故障的內外因素進行分類，分為自測試和在線診斷故障。自測試主要是按照故障點進行分離，而在線診斷則是通過在線收集信號分離特征量的方式進行診斷。

（一）自測試故障

自測試主要是電驅動系統(tǒng)在啟動前對系統(tǒng)進行一個體檢，自測試過程屬于自上而下的檢測模式，其主要是檢測各個組件的可用性，其主要包括：芯片故障，比如時鐘失效，而導致時鐘失效的原因是由于時鐘電路損壞而導致芯片失去作用；驅動部分故障。自舉驅動結構和獨立電源驅動結構是驅動系統(tǒng)的主要電路，他們都需要使用光耦隔離控制信號，而由于電壓波動過大而導致光耦出現(xiàn)故障，進而影響驅動系統(tǒng)出現(xiàn)故障；傳感器失調。傳感器失調主要是由于信號調理電路故障引起的，而信號調理電路故障則是因為受到外界干擾造成的，以溫度傳感器為例，由于長時間使用導致其老化嚴重進而造成溫度電阻阻值變化引起溫度傳感器失效。

（二）在線診斷故障

在線診斷故障是避免電動汽車突發(fā)性故障而導致汽車產生嚴重后果的保障，因此基于應對突發(fā)故障的考慮，在線診斷應該具有實時性、診斷過程與控制過程互不干擾性的特點。在線診斷故障主要包括：位置傳感器偏轉誤差故障，此種故障多是因為安裝、系統(tǒng)震動等造成的，此種故障屬于漸進性故障，當其誤差超過一定限度之后才會影響到驅動系統(tǒng)的效率；過載故障，過載主要是輸出轉軸大于額定值，在電機系統(tǒng)中一般都有一個限定的過載能力，如果出現(xiàn)過載現(xiàn)象之后就會造成電機繞組內熱積累并使繞組溫度提高，從而造成絕緣層出現(xiàn)老化，最終導致電驅系統(tǒng)出現(xiàn)過載故障；系統(tǒng)溫度故障，電動汽車驅動系統(tǒng)有很多溫度傳感器，一般溫度故障主要有系統(tǒng)溫度差異造成的故障和系統(tǒng)內部工作造成的溫度故障，但是無論暗中溫度故障都會影響驅動系統(tǒng)的性能。

二、電驅動系統(tǒng)故障檢測與診斷技術的方法

（一）自測試方法技術

基于自測試的內容，自測試技術方法主要分為：

1） 電容自測試方法。直流母線部分電路中的電容在自測試中處于動態(tài)輸出的器件，基于其對母線電容的充電中的輸入電流和電壓的變化參量，因此可以實現(xiàn)電容故障的檢測?；谠摬糠止收系男问?，可以將自測試方法也分為基于故障表征的檢測方法和基于參數估計的方法?；诒碚鞯姆椒ㄏ鄬Ρ容^簡單，而基于參數估計的方法則需要通過電容的動態(tài)輸入和輸出變量估計電容模型的參數來進行診斷。

2） 電機繞組匝間短路故障的自測試方法。電機匝間短路會引起電抗的變化，基于電機在停止狀態(tài)下可以向其注入高頻正嫻電壓信號得到電流變化的因素實現(xiàn)對其檢測。

（二）在線診斷技術的方法

1） IGBT開路故障的在線診斷技術。IGBT模塊是電動汽車驅動系統(tǒng)的重要組成部分，因此GIBT故障檢測也一直是驅動系統(tǒng)故障檢測研究的重點，IGBT故障主要分為CE極短路和開路故障。目前工業(yè)界對IGBT故障的檢測主要是檢測CE間的電壓進行判斷，但是此種方法需要結合其他開關管G極的信號進行判斷，因此其需要在系統(tǒng)層面完成。本文主要采取三相相電流信號進行Park變換，以此合成定子電流矢量，并且根據矢量行為Lissajous波形以此判斷IGBT開路。

2） 電機繞組匝間短路故障的在線診斷技術。匝間短路屬于常見的故障之一，基于該故障主要是采取電機端電壓、線電流的諧波分析，通過此種方法可以快速的對故障進行檢測。例如當電機組匝間發(fā)生短路之后，其會表現(xiàn)出某些特定的變化，尤其是電機的三相電流會出現(xiàn)明顯的變化。當然短路的匝數越多，該變化量也就越大，進而釋放的電流矢量也就會越來越大，因此一般通過檢測負序電流就可以判斷電機的故障，為了檢驗該技術的實效性，本文選擇一臺額定功率為4KW的三相異步電機，并且將電壓額定值確定為380V，額定電流為8A，將A進行繞組短路，電機的轉速為50、100、150以及200rpm，q軸電流為1、2、3、4A。通過對實驗結果數據的分析可以看到當電機繞組匝間出現(xiàn)短路故障的特征非常明顯，因此此種檢測技術有效。

3） 位置傳感器偏轉誤差故障的在線檢測技術?；谳斎牍β蕶z測的在線監(jiān)測誤差角和實時容錯的技術是電動汽車驅動系統(tǒng)位置傳感器偏轉誤差故障檢測的主要技術，如果位置轉角出現(xiàn)誤差那么通過Park算式和Park逆算式計算的轉子坐標量和定子坐標量就會出現(xiàn)誤差，因此當系統(tǒng)位置傳感器發(fā)生轉角誤差時，電機的實際電磁轉矩和系統(tǒng)輸出功率會發(fā)生變化，使得實際輸出電磁轉矩與計算轉矩不符，實際輸出功率與正常狀態(tài)下的輸出功率不等，因此通過檢測系統(tǒng)輸入功率判斷其故障是非常準確的。

三、結語

總之，驅動系統(tǒng)是電動汽車的核心，為切實提高電動汽車行駛的安全性，必須要加強對驅動系統(tǒng)故障的檢測技術，以此降低驅動系統(tǒng)故障的發(fā)生率。通過本文的論述所提出的基于電動車驅動系統(tǒng)的檢測技術大大提高了對驅動故障的檢修速度，有效規(guī)避了各種潛在故障的發(fā)生率。

參考文獻：

[1] 鄭樹松，李紅梅.電動汽車 PMSM 驅動系統(tǒng)的故障檢測.微電機，2013年08期.

[2] 汪小會.現(xiàn)代數字系統(tǒng)故障診斷探索.信息化研究，2011年04期.

[3] 安群濤，孫力，孫立志.三相逆變器開關管故障診斷方法研究進展.電工技術學報，2011年04期.