一種用于新能源汽車電機繞組測溫的NTC熱敏電阻

周斌

摘 要：文章首先闡述了NTC熱敏電阻的定義、特點和性能，然后著重介紹了一只NTC熱敏電阻失效的案例分析，最后匯總說明了NTC熱敏電阻常見的故障點及排查方法。

關鍵詞：新能源;繞組測溫;熱敏電阻

中圖分類號：U469.7 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）05-23-04

Abstract： This paper first describes the definition， characteristics and performance of NTC thermistor， then focuses on the analysis of a case of NTC thermistor failure， and finally summarizes the common failure points and troubleshooting methods of NTC thermistor.

Keywords： New energy; Winding temperature measurement; Thermistor

1 前言

隨著大氣污染和能源危機的加重，新能源電動汽車因其低碳、環保的特點，逐漸成為汽車行業未來發展的趨勢。電機作為新能源電動汽車的動力源泉，其可靠性關系到電動汽車是否能夠長期穩定運行。繞組故障在電機各種售后故障中的占比很高，降低電機繞組故障率，可以很大程度的提高電機的可靠性。繞組故障多由于機械卡死、暫時性過負荷下控制器誤動作或動作滯后等原因造成電機繞組過溫，最終導致繞組絕緣失效、甚至繞組燒毀。在電機繞組中埋置測溫元件，對電機繞組的溫度進行有效監控，對繞組過溫提前預警，是一種電機繞組保護行之有效的方法。埋置測溫元件的方法目前已廣泛用于電機繞組的過溫保護。本文所介紹的熱敏電阻器是一種測量電機繞組溫度的負溫度系數熱敏電阻器（NTC）。

1.1 NTC熱敏電阻器的定義、特點

熱敏電阻器的首要特性是隨著阻體溫度的變化，電阻值呈現顯著變化的熱敏感半導體電阻器。當溫度升高時，電阻值下降的熱敏電阻器，即為負溫度系數熱敏電阻器。

NTC熱敏電阻器具有靈敏度高、響應速度快、壽命長、可靠性高等特點，因此其被廣泛應用于新能源汽車電機的繞組測溫中。

1.2 NTC熱敏電阻的性能

NTC熱敏電阻R-T特性的近似表達式：

R—在絕對溫度T下的零功率電阻值;

Ra—在絕對溫度Ta下的零功率電阻值;

Rb—在絕對溫度Tb下的零功率電阻值;

B—熱敏指數;Ta=298.15K;Tb=358.15K。

NTC熱敏電阻的典型電阻-溫度特性（圖1）：

從上述公式和圖1中可以看出：在限定溫度范圍內，NTC熱敏電阻的電阻對數隨溫度升高而幾乎呈線性降低。

2 NTC熱敏電阻失效的案例分析

2.1 故障現象

某后臺監測到某車輛電機繞組溫度報警（三級報警，電機上報溫度大于180℃），服務商隨即聯系客戶，并安排客戶車輛進服務站檢查。

客戶反饋：車輛行駛中，儀表提示“混合動力系統故障，功能受限”，且車速只能在20～40km/h行駛。

服務人員排查車輛故障：車輛在AUTO模式、掛D檔且檔位無切換、踩油門時，儀表提示“混合動力系統故障，功能受限”，檢測MCU內報“P0A2A1C 電機溫度傳感器故障”（圖2）。

2.2 外觀檢查

對故障NTC進行目視檢查，其外觀無損傷情況。玻璃球處兩焊接引線不平齊（圖3），不符合設計要求。

2.3 性能檢測

用萬用表檢測故障NTC的直流電阻值（圖4）：當熱縮套管自由狀態時，NTC直流電阻值為8.05kΩ，電阻值正常;當彎折熱縮套管時，NTC直流電阻值顯示為超量程，電阻值異常。

2）用NTC專用檢測設備，檢測故障NTC性能：當熱縮套管自由狀態時，NTC直流電阻值正常;當彎折熱縮套管時，NTC直流電阻值為381523.28Ω，電阻值異常（圖5）。

2.4 X射線檢測

對故障NTC進行X射線掃描檢測（圖6），未見異常。

2.5 剖切焊接點

剖切故障NTC焊接點部位，將NTC剖切為兩部分。一部分是玻璃球，另一部分是引線。

此時，用萬用表檢測玻璃球的直流電阻值為7.18kΩ，電阻值正常（圖7）;觀察引線部分，發現一根引線從熱縮套管中松脫，另一根引線與熱縮套管固定牢固（圖8）。

2.6 焊點切片分析

分別對故障NTC和完好的NTC的焊點部位進行切片處理（圖9），發現故障NTC比完好的NTC的引線剖面分散，并有分離跡象。

2.7 小結

經過上述分析，得出如下結論：熱縮套管對故障NTC的一根引線未能起到保護作用，引線受到外力作用，焊點出現虛接的情況，最終導致NTC失效。

2.8 故障預防

2.8.1 故障預防措施

1）分析NTC引線在制成、轉運、裝配等過程中的受力情況，以期避免NTC引線遭受外力。此種方法涉及的工序眾多，改善周期長、改善成本高，因此暫不予以考慮。

2）提升NTC焊點處的承受外力能力。此種方法容易實現，周期短、成本基本無變化。所以下文詳述此種方法。

2.8.2 提升NTC焊點承受外力能力

2.8.2.1 焊點承受外力（無熱縮套管）

選取5只已焊完引線，未套熱縮套管的NTC（圖10）。利用測力計對測試件，進行焊點處承受外力測試（圖11），測試直至引線或焊點斷開為止。

2.8.2.2 焊點承受外力（有熱縮套管）

NTC測溫部位，由兩種熱縮套管固定、防護，其示意圖如圖12：

選取完好的、有熱縮套管的、熱縮套管裝配狀態不同的NTC組件，對其進行承受外力測試（圖13）。測試結果（表2）：

從測試結果可以得出結論：

大熱縮套管超出小熱縮套管的方案，

對于提升NTC焊點處的承受外力效果明顯，并且大熱縮套管超出小熱縮套管的長度越長，對NTC焊點處的承受外力能力提升越大。

3 NTC熱敏電阻的故障點及排查

3.1 NTC熱敏電阻的故障點

通常NTC熱敏電阻可靠性非常高，但是難免會有一些制造、工藝、環境等問題造成其失效，故障點如下：

1）熱敏電阻引線短路或斷路;

2）熱敏電阻焊點虛焊、脫焊;

3）熱敏電阻引線與插針虛接;

4）熱敏電阻的玻璃球碎裂。

3.2 NTC熱敏電阻的故障排查方法

需要排查NTC熱敏電阻是否故障時，通常簡便的檢測方法如下：

1）用歐姆表（兆歐檔）測量NTC熱敏電阻的直流電阻值，電阻值需符合規范要求;

2）用兆歐表（DC 500V）測量NTC熱敏電阻對地絕緣電阻值，電阻值需大于10MΩ。

4 結語

通過對電機繞組溫度的有效監控，可以大幅提升電機的運行壽命，對電機長期、穩定的運行具有重要意義。NTC熱敏電阻以其優異的性能，正在新能源汽車電機繞組測溫領域綻放光彩。

參考文獻

[1] GB/T 6663.1-2007.直熱式負溫度系數熱敏電阻器第1部分：總規范.