電動汽車動力系統故障檢測及診斷方法

段繼強　陸潔　曾慶亮　丁琳　張輝

摘 要：我國汽車保有量逐年增加，電動汽車成為人們生活必需品，但由于電動車在使用過程中易發生漏電、續航、充電等問題，需要提升人們體驗感。目前燃油汽車售后服務較為完善，國家對燃油汽車維修提出了完善的基礎標準，相關維修技術較為完善。電動汽車由于發展年限較短，電動汽車動力系統組成具有獨特性，維修技術體系仍處于不斷完善的過程，維修技師存在技術障礙，難以精準識別和排除電動汽車故障。電動汽車系統故障檢測及診斷可以提高電動汽車安全系數，提高電動汽車使用年限，推動電動汽車維修行業快速發展。本文分析了電動汽車動力系統構造與原理，包括基本結構與原理、系統各部分結構與工作原理、電動汽車與燃油汽車的區別三方面，分析了電動汽車動力系統故障特點，包括電池組故障、電池管理系統、動力驅動系統、冷卻系統、高壓控制系統故障現象及特點，提出了電動汽車動力系統故障檢測及診斷方法，從故障檢測與診斷的目的、電動汽車動力系統故障檢測及診斷、各子系統故障檢測及診斷方法的選取、系統故障檢測及診斷操作規范四方面展開，為燃油汽車維修技師汽車故障檢測與診斷提供支持。

關鍵詞：電動汽車 故障診斷 檢測技術

1 引言

社會生活節奏加快，人們選擇通過汽車交通工具出行，為生活提供了便捷，擴大了活動空間，提高交流效率，推動社會經濟快速發展。我國生活水平提高的同時，汽車保有量增加，能源緊張及環境污染成為社會發展亟待解決問題，為了解決能源短缺問題，控制生活中二氧化碳排放量，電動汽車成為當前出行交通工具首選，降低環境污染，順應碳中和目標，改善交通工具領域的能源結構，緩解能源短缺問題。

2 電動汽車動力系統構造與原理

2.1 電動汽車的基本結構與原理

電動汽車包括增程式及純電動兩種形式，按照類型劃分，包括混合動力汽車、燃料電池汽車、純電動汽車、太陽能汽車、超級電容汽車等。電動汽車主要是通過動力電源、驅動電機、調速裝置、轉動系統、控制器等多個部件構成，動力電池能夠為電動汽車提供動力源，電源管理系統能夠為駕駛員提供續航里程，監控電池狀態，避免意外發生。驅動電機控制器將電池中的電能轉化為驅動力，整車控制器能夠獲取信息與數據，提供信號與指令?？照{系統能夠采暖和制冷，輔助系統能夠實現電動助力轉向、電子真空助力、電子換擋器，能量回收系統是將車輛慣性機械能轉為電能，冷卻系統能夠實時調節系統工作溫度。

2.2 電動汽車與燃油汽車的區別

電動汽車是將新材料、新技術、新能源融合為一體，具有效率高、排放少、智能化特征。電動汽車是將電能轉化為機械能，沒有發動機，通過動力電池驅動電機運轉，通過制動踏板、加速踏板、車速傳感器等將信號傳輸至車輛控制器，控制車輛運行。電動車需要高低壓直流轉化器，根據工況靈活調節功率，電動汽車壓縮機動力是通過高電壓驅動，取暖系統是通過PRC電加熱材料取暖，電動助力轉向系統，汽車信號是控制器與儀表采用CAN總線通信形式，為駕駛人員提供準確的信息。燃油汽車通過發動機燃料將化學能轉為機械能，驅動汽車行駛，燃油汽車有發動機，電腦控制燃油點火以及噴射系統，通過車載網絡綜合處理信號，將踏板位置傳感器采集的數據信息傳輸至電腦，保證車輛安全行駛。燃油汽車雖然有發動機，但需要備用電源蓄電池，保證車載用電需求，車載蓄電池能夠提供低壓直流電，不需要轉換變壓，取暖、制冷系統的啟用都離不開汽車發動機，換擋可通過電子或機械兩種形式，無能量回收系統，通過數字儀表與機械儀表兩種結合的方式體現信號數據，幫助駕駛員獲得信號。

2.3 電動汽車動力系統各部分結構與工作原理

電動汽車電池包結構包括鈷酸鋰、三元鋰、磷酸鐵鋰、鉛酸動力等電池組，一般分布在電動車的底板或者車輛前倉，電池組能夠滿足高電壓、大流量、混聯等方式。動力電池運行時產生熱量，不同蓄電池組發生有所差別，要確保動力電池保持良好的散熱系統，電動汽車通過系統數據能夠控制電動汽車控制器，監控各模塊溫度、電流、電壓等。電動汽車電池管理系統能夠保持單體電池性能一致性，監測電池健康狀態，減少電池以外失效增加車輛事故，提高電池使用效率，保證車輛正常運行。電池組管理系統包括電路管理子系統、電池組管理子系統、熱管理子系統。直流式漏電傳感器會向電池管理系統發送異常信號，避免對人及物品造成傷害。充電管理系統可以保障低壓系統正常運行，智能充電系統可以通過動力電池進行電池充電。電動車驅動系統有驅動器、控制器、動力電源、傳感器等，汽車制動過程能夠回收部分能量，將機械能轉化為電能向電池充電，提高能源利用率。當車輛發生減速，控制器可以通過改變頻率，提高制動的可靠性。電動汽車動力裝置冷卻系統主要是控制器、驅動電機及動力電池熱量轉移，與燃油汽車類似，能夠避免高溫抑制功率輸出，包括散熱器、冷卻風扇、冷卻液等部件構成。高壓控制系統主要是避免人員發生觸電，通過變速裝置控制車輛行使，高壓部件有控制盒、高低壓轉換器、車載充電機、驅動電機等部件構成。

3 電動汽車動力系統故障特點

3.1 電動汽車動力電池組故障類型及特點

動力電池組故障包括電池組鼓包、泄露、溫度過高、不能充電等故障。單體動力電池故障包括溫度過高或者過低、蓄電池短路故障等。動力電池荷電狀態故障包括狀態異常、數據不顯示、續航里程低于正常閾值；動力電池信號故障包括電動汽車運行高壓數據不顯示、電池采樣線、通信異常故障。動力電池作為車載動力設備，故障具有不一致性、潛伏性、漸變性、偶發性等特征，如果單個電池故障或者電池組故障，會對多種故障進行排查，才能做出綜合分析。

3.2 電動汽車電池管理系統常見故障類型及特點

絕緣類故障包括絕緣監測故障、電源線絕緣損壞，具體表現為高壓回路、動力母線絕緣故障等，車輛將不能正常行進、絕緣檢測CAN檢測將出現警告；通訊類故障包括電池管理系統通訊不穩定故障，系統將不能與ECU通訊，顯示通訊故障；電池組內部通訊故障主要是通訊插頭松動，BSU地址出現重復，CAN布線不規范。溫度類故障主要是電池組溫差過大，溫度過高或者過低，特點是散熱風扇插頭接觸不良或者散熱風扇故障，溫度傳感器出現故障等；電流類故障主要是電流數據錯誤，傳感器插頭松動、損壞、采集數據損壞。

3.3 電動汽車動力驅動系統常見故障現象及特點

驅動電機故障主要是驅動電機高溫故障、驅動電機超速運轉、驅動電機異響、驅動電機系統高壓暴露故障；驅動電機控制器故障包括電機控制器熱故障、直流母線電壓過高、驅動電機控制器和DC總成故障、驅動電機控制器相電流過電流故障、驅動電機控制器低壓電源欠電壓故障、驅動電機控制器高壓欠電。電流類故障故障特征是軟件與硬件不匹配，驅動電機控制器電源模塊硬件損壞，蓄電池電壓低，控制器低壓接口電壓過低，大功率充電，電路出現斷開等，電流類故障特征主要體現驅動電機控制器采集的數據不符，器件損壞，電機負載變化等，溫度類故障特征包括冷卻系統工作故障、電機低壓信號端子松動、電機負載給電機造成損壞等，其他類故障特征主要是電機超速運轉，導致抵押信號端子松動、整車負載減小，電機異響產生噪音，電機轉矩控制損壞，這些故障具有偶發性、持續性特征。

3.4 電動汽車冷卻系統故障特點

冷卻系統中水泵工作異響故障，電動汽車停止運行出現故障，要檢測散熱器冷卻液是否不足，要更換水泵。驅動機過熱故障主要是水泵運轉不順暢、冷卻液缺失、水泵不運行、散熱器散熱不佳、冷卻風扇工作效率不高、冷卻管道堵塞等。蓄電池組冷卻液加熱器故障，要評估電池冷卻液加熱器是否存在故障，如果測量結果符合運行要求，需要重新啟動車輛并進行系統檢測。水泵搭鐵線路故障主要存在電機驅動模塊、電感、IPM三個單元易出現故障，其中機械類故障有異響噪音，線路類故障易出現驅動電機控制器高溫，溫度類故障水泵會出現系統溫度異常，運轉不順暢，冷卻液缺失等特征。

3.5 電動汽車高壓控制系統常見故障現象及特點

電動汽車高壓系統故障包括線路、主接觸器以及引腳三部分故障。其中接觸器電源腳接觸不良會導致低壓線束供電信號不能及時獲取，預充接觸器控制腳故障主要是是測量低壓插接器對地電壓不正常無電動模式，主接觸器故障儀表會顯示“請檢查動力系統”，高壓電池管理器采樣線束故障，系統管理器會顯示“預充失敗故障”，動力電池管理器及線路故障儀表會顯示“電流霍爾傳感器故障”。高壓系統產生故障因素主要是外部撞擊導致插接器松動，線路出現設計缺陷、絕緣材料存在問題，線路短路、斷路等，具有一定的危險性、持續性特征。

4 電動汽車動力系統故障檢測及診斷方法

4.1 故障檢測與診斷的目的及常用診斷方法

故障檢測與診斷的目的是確保電動企業保持安全運行，根據當前汽車現狀，確定故障部位，并科學制定維修方案。電動汽車內部結構復雜，離不開高壓動力電池，檢修車輛要注意操作安全性。電動汽車故障檢測要分析車輛使用情況、設計與生產技術，裝配技術、材料選取等，借助前沿的儀器設備，排除故障，提高車輛駕駛安全性。電動汽車故障檢測方法包括觀察法、經驗診斷法、專用儀器診斷法、綜合檢測法等。其中觀察法是通過視覺、嗅覺、觸覺等多重感官，了解汽車結構存在故障，經驗診斷法是憑借維修人員豐富工作經驗，在局部輔助拆卸的情況下，了解汽車故障產生根源，進而制定維修策略。借助專用儀器診斷法是通過儀器、儀表等工具獲取車輛電壓、電阻等參數，提高故障診斷效率。部分儀器價格較高，需要維修人員掌握專用儀器的使用方法。綜合檢測法是針對復雜情況展開的故障檢測，從外及內、從整體到部分，綜合觀察、經驗、儀器診斷多種形式的檢測法。

4.2 電動汽車動力系統故障檢測及診斷方法

故障檢測及診斷方法包括數據列表和樹狀結合法、閉環路徑數據檢測法、故障模擬分析法、測電流法、測電壓法、測電阻法。其中數據列表和樹狀圖結合方法能夠針對故障因素列出明細，根據檢測進度調整檢測步驟。維修人員根據故障類、特征及原理繪制樹狀圖，明確檢測順序，分析電壓線束故障點。閉環路徑數據檢測法是依據數據，將閉環路徑進行延展，并依次排除故障的過程，其中維修人員要結合電動汽車動力供給路徑逐項檢測，確定故障產生原因，為維修人員提供檢測思路。故障模擬分析法適用于診斷通訊類、電壓類、電流類，幫助缺乏維修經驗的人員及時排除故障。測電流法是利用霍爾效應測量驅動機功率電流，盤點電動機是否存在故障。測電壓法是幫助維修人員判斷是否存在漏電可能，將檢測電源通過霍爾傳感器，如果電壓不為零，表明存在漏電可能，如果輸出電壓為零，表明不存在漏電故障。測電阻法是測量元器件對地電阻的電阻值，如果驅動電機存在高溫故障，可以測量低壓信號端搭鐵電阻，如果端子不松動，還應判斷冷卻系統及電機是否異常。

4.3 電動汽車動力系統中各子系統故障檢測及診斷方法的選取

第一，動力電池組故障包括溫度類、絕緣類、通訊類、電壓及電流類。針對溫度類故障維修人員要獲取電壓、電阻等，分析電池是否存在故障，檢查外部接線柱、熱管理系統等，一般導致溫度故障點較多，需要數據流分析、樹狀圖、數據列表等多種方法結合方式。通訊類故障需要判斷外部線路、部件以及電池管理系統，選擇數據互換對比、測電壓方式排除故障。電壓類堯都區電壓數據，檢測制動能量回收系統，選擇測電壓、側電阻方法排除故障。絕緣類故障要對整車絕緣檢測，在分別測量端子高壓值，采取樹狀圖、測電壓、數據列表等多種形式相結合排除故障。第二，電源管理系統故障診斷方法。溫度類故障要檢查散熱氣風扇工作狀態，插接器是否正常，選擇測電壓方法排除。通訊類故障要檢查外部線路連接是否正常，再檢測電源管理系統，是否BSU地址重復等，選擇樹狀圖、樹狀列表等方式排除故障。絕緣類故障要讀取測量端子的要壓制，判斷電壓及絕緣是否正常，如果數據異常，可直接排除故障。第三，動力驅動電機及控制系統故障檢測。其中溫度類故障主要是電機負載損壞電機、冷卻系統散熱異常、低壓信號端子松動、IGBT件損壞等。通訊類故障包括外部傳感器點擊位置傳感器故障、供電線路電壓故障，電壓異常、插接器連接異常等，應選擇測電壓、樹狀圖、數據列表等多種方式展開故障排查。電壓類故障檢查高圧回路部件是否存在互鎖情況、動力電池電壓過低、用電設備功率瞬時變化等，選擇故障模擬分析方式排查故障。機械類故障一般是線路故障、檔位開關等，要檢查驅動電機運動是否過大，應拆解驅動電機展開檢測。第四，汽車冷卻系統故障包括溫度類、通訊類及機械類，檢查散熱器風扇，判斷冷卻液量是否正常，清除散熱器污垢，選擇數據列表、數據互換實驗等方式。第五，高壓控制系統故障。包括絕緣類、漏電類、短路類、斷路類等，選擇數據互換對比實驗以及故障模擬分析的方式來排除故障。

第二，3.4電動汽車動力系統故障檢測及診斷操作規范

高壓系統故障檢測規范要具備行業培訓經驗，了解電動汽車動力系統構造，維修時要佩戴絕緣手套，穿戴好符合國家行業標準的防護服裝，選擇符合要求的機械檢測工具，裝配與拆解配件過程中，要斷開電源，確保高壓部件接地良好，無高壓環境下才能展開操作，制動液、冷卻液等要避免濺到高壓部件造成腐蝕。

5 結束語

電動汽車故障一般包括充電、漏電、短路三方面問題，電動汽車維修仍存在一定法律漏洞，維修人員存在經驗不豐富，技術缺陷問題，不能針對電動車現狀精準排除故障點。本文針對電動汽車動力系統故障展開分析，針對故障檢測及診斷情況進行分別分析，歸納了相關檢測方法，為電動汽車動力系統故障檢測提供相關借鑒與參考，促進電動汽車行業可持續發展。

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