電動汽車常見故障處理方法(三)—動力系統常見故障處理

◆文/山東 劉春暉

五、動力系統常見故障及處理方法

1.動力電池系統

電動汽車中高壓系統的功能是確保整車系統動力電能的傳輸，并隨時檢測整個高壓系統的絕緣故障、斷路故障、接地故障和高壓故障等，負擔著確保整車設備和人員安全的首要任務，也是電動汽車產業化的關鍵技術之一。

電動汽車的主要部件——動力電池系統屬于高壓部件，其設計的好壞直接影響著整車安全性及可靠性，動力電池的安裝位置如圖4所示。

圖4 電動汽車動力電池的安裝位置

動力電池系統的故障診斷及處理十分必要。動力電池系統故障按照故障發生的部位可以分為三類，即單體電池故障、電池管理系統故障、線路或連接件故障。

(1)單體電池故障

單體電池的故障包括三種。

①第一種故障：電池性能正常，無需更換，對應故障有單體電池SOC(荷電狀態)偏低和單體電池SOC偏高。如果單體電池SOC偏低，則該電池在汽車行駛過程中，電壓最先達到放電截止電壓，使得電池組實際容量降低，應對該單體電池進行補充充電。如果單體電池SOC偏高，則該電池在充電末期最先達到充電截止電壓，影響充電容量，需對該單體電池進行單獨補充放電。

②第二種故障：電池性能衰退嚴重，應立即更換，對應故障有單體電池容量不足和單體電池內阻偏大。在電池組中，最小的單體電池容量會限制整個電池組的容量，因此發生單體電池容量不足故障會影響車輛續駛里程。鋰離子電池內阻如果過大，會嚴重影響電池的電化學性能，如充放電過程中的極化嚴重、活性物質利用率低、循環性能差等。

③第三種故障：電池影響行車安全，對應故障包括單體電池內部短路；單體電池外部短路；單體電池極性裝反。在強振動下鋰離子電池的極耳、極片上的活性物質、接線柱、外部連線和焊點可能會折斷或脫落，造成單體電池內部短路或者外部短路故障。

通常情況下，造成單體電池前兩種故障的原因可能包括兩個：一是動力電池成組時單體電池的SOC、容量、內阻本身就存在差異；二是單體電池在成組應用過程中因為應用環境差異(如溫度、充放電電流)造成差異增加，加劇單體電池的不一致性。

(2)電池管理系統故障

電池管理系統對于保障電池組的安全及使用壽命，最大限度發揮電池系統效能具有重要作用。電池管理系統通常對單體電壓、總電壓、總電流和溫度等進行實時監控采樣，并將實時參數反饋給整車控制器。電池管理系統除了對電池性能參數進行監控、實施電性能管理以外，還具有以熱管理為主的應用環境管理功能，實施對電池的加熱和冷卻，確保電池的良好應用環境溫度以及溫度場的一致性。若電池管理系統發生故障，就失去了對電池的監控，不能估計電池的SOC，容易造成電池的過充、過放、過載、過熱以及不一致性問題的增加，影響電池的性能、使用壽命和行車安全。

電池管理系統故障包括CAN通信故障、總電壓測量故障、單體電壓測量故障、溫度測量故障、電流測量故障、繼電器故障、加熱器故障和冷卻系統故障等。

(3)線路或連接件故障

線路或連接件故障的診斷對于確保行車安全和整車的可靠性同樣重要。例如，因為車輛的振動，電池間的連接螺栓可能會出現松動，電池間接觸電阻增大，發生電池間虛接故障，以致電池組內部能量損耗增加，造成車輛動力不足和續駛里程短。在極端情況下還能引起高溫，產生電弧，熔化電池電極和連接片，甚至造成電池著火等極端電池安全事故。

在電動汽車運行過程中，單體電池之間可能發生相對跳動，造成兩電池間的連接片折斷。電池箱和電動汽車的電氣連接處也是故障的高發點，電插接器在經歷長時間振動后容易產生虛接，出現易燒蝕、接觸不良等故障。

動力電池系統常見故障及處理方法見表4。

2.電動機驅動系統

電動機驅動系統的故障主要分為電動機故障與電動機控制器故障。

如圖5所示，驅動電動機是電能和機械能轉換，實現車輛驅動的關鍵部件，是典型的機電混合體。電動機故障涉及因素較多，如電路系統、磁路系統、絕緣系統、機械系統以及通風散熱系統等。任何一個系統工作不良或其相互之間配合不好均會導致電動機出現故障，所以，電動機故障要比其他設備的故障更復雜，電動機故障診斷所涉及的技術范圍更廣。此外，電動機的運行還與其負載情況、環境因素有關。電動機在不同狀態下運行，表現出的故障狀態各不相同，這進一步增加了電動機故障診斷的難度。通常而言，電動機的故障可分為機械故障與電氣故障。機械方面的主要故障有定子鐵芯損壞、轉子鐵芯損壞、軸承損壞和轉軸損壞，其故障原因為由振動、潤滑不充分、轉速過高、靜載過大、過熱而引起的磨損、壓痕、腐蝕、電蝕和開裂等。電氣方面的故障則主要是定子繞組故障與轉子繞組故障，故障原因包括電動機繞組接地、短路、斷路、接觸不良和鼠籠斷條等。

圖5 驅動電機

表4 動力電池系統常見故障及處理方法

因為器件本身的結構和物理特性以及相互間的電磁兼容性問題，電動機控制器故障也成為電動機驅動系統發生故障的主要原因。電動機控制器的故障主要包括以下幾類：IGBT故障、輸入電源線和接地線故障、整流二極管短路、直流母線接地錯誤、直流側電容短路、晶閘管短路、溫度超限報警、相電流過流、過電壓以及欠電壓等高壓電氣系統故障。電機控制器(圖6)是驅動電動機的“大腦”，接受來自整車VCU控制信號，同時完成動力電池輸出直流電壓到交流電壓的逆變過程以及能量回收交流電壓到直流電壓的整流過程，主電動機控制器常見故障及處理方法見表5。電動機常見故障及處理方法見表6。

表6 電動機常見故障及處理方法

(全文完)