新能源汽車驅動電機及控制技術故障分析與處理探索

摘 要：現代社會發展，使得汽車成為人們生產生活重要交通工具，其中新能源汽車的出現與應用，可以很大程度上降低能源消耗，起到保護環境作用。分析新能源汽車可知，為達到節能環保目的，需要多項技術支撐汽車運行，其中電機驅動控制技術是典型代表。對此，文章從新能源汽車及其優缺點出發，明確新能源汽車驅動電機種類，并分析新能源汽車電機驅動控制技術，在此基礎上，深入探究了新能源汽車驅動電機控制技術故障，并提出了具體解決方法，希望通過此次探究可以提高電機驅動控制技術水平，保證新能源汽車運行減少此類故障問題。

關鍵詞：新能源汽車 驅動電機 控制技術 故障 處理方法

1 引言

分析新能源汽車可知，其中電機驅動系統控制技術發揮著重要作用，該技術應用質量會直接影響新能源汽車使用效果。目前，新能源汽車作為新生事物，各類技術還尚有不足，電機驅動控制技術仍在不斷優化、完善中。對此，本文主要結合實際情況，分析新能源汽車驅動電機及控制技術故障，并找出科學有效的處理方法，致力于提高電機驅動控制技術水平，助力新能源汽車穩定運行，持續性發展。

2 新能源汽車及優缺點分析

新能源汽車不同于傳統汽車運行方式，其運行動力主要來自電能、太陽能，改變以往汽車依靠石油等不可再生資源作為運行動力的局面，減少環境污染。根據新能源汽車應用實踐看，既有優勢，也有缺點。其優勢主要體現在，改變以往汽車使用不可再生資源作為動力的局面，整個汽車在正常行駛過程中，不會污染環境，并且汽車行駛安全性能較高，噪音更小。而缺點也非常明顯，主要體現在技術層面，主要是因為當前新能源汽車各項技術還不成熟，市場也處于起步發展階段，特別是電池技術方面，續航能力和傳統燃油汽車相比，明顯不足。此外，新能源汽車中各類電路、電機設備器件，非常復雜，如果汽車出現故障，會耗費大量時間、精力檢修。

3 新能源汽車驅動電機種類

3.1 異步電動機

異步電動機，分析其工作原理可知，主要就是利用氣隙旋轉磁場和轉子繞組感應電流之間的作用力，獲得相應的電磁轉矩，進而將機電能量進行轉換，使之成為機械能量，屬于一種交流電動機。異步電動機在實際應用中，不僅堅固耐用、運行可靠，而且結構簡單、轉矩平穩性較強，具有較高轉速，諸多優點使得異步電動機廣泛應用于新能源汽車中。

3.2 直流電動機

直流電動機主要利用定子繞組獲得相應的磁場，而后將直流電通入到轉子繞組中，并在換向裝置作用下，改變繞組內電流方向，從而使得轉子繞組一直處于固定方向電磁轉矩。分析直流電動機應用特點可知，由于具有較好的調速性能，所以能夠進行均勻、平滑無極調速，并且在實際應用中，可以啟動轉矩大，實現簡單控制，一般常應用于小型電動車輛的電力驅動系統[1]。

3.3 輪轂電動機

在輪轂電動機中，主要就是輪轂內融合電動機、傳動系統、制動系統，屬于一種集成技術，也是目前我國新能源汽車電機驅動新技術之一，具有非常廣闊的市場應用前景。

3.4 永磁同步電動機

分析永磁同步電動機可知，其定子結構和交流異步電動機存在較大相似之處，二者都是以通入交流電的方式獲得旋轉磁場，但對比發現，永磁同步電動機的轉速和電源頻率保持一致，所以，能夠運用變壓變頻（VVVF）完成調速，在實際應用中，為了更降低成本，提高控制效果，變壓變頻控制方法得到不錯發展。可以說，永磁同步電動機已經成為當前市場上驅動電動機研發應用的重點內容。

4 新能源汽車電機驅動控制技術

4.1 電機選擇

在新能源汽車研發過程中，深入分析研究電機驅動技術尤為關鍵。其中最為重要的就是電動機選擇，其作為新能源汽車重要零部件之一，若是電動機本身性能、質量不佳，必然會影響到新能源汽車性能。為此，在選擇電機時，應當結合具體需求，依照相關原則，選擇最佳電動機。

首先，出于新能源汽車綠色化、經濟性考慮，應當優先考慮性價比高的機型，保證機型與汽車要求相適應。與此同時，也需要考慮到汽車使用者情況，從新能源汽車消費群體、道路狀況等角度出發，擇選出最為適宜的電動機。此外，為了滿足汽車機構，電動機的機型選擇，應當優先選擇重量輕、動力足、體積小的機型，同時也要保證電動機各方面參數標準符合要求，提高設備精細化程度，因為體積小的電動機，會為汽車拓寬使用空間，進而增加用戶體驗感。其次，在電動機選擇時，還需要考慮到地形，因為地區不同，對汽車性能要求也不同，為實現汽車良好駕駛，必須保證電動機功率、動力滿足需求。通常情況下，汽車在平原地區行駛，并不需要較高電動機功率，但若是在泥地、山地等區域行駛，則需要較高電動機功率要求，所以優先考慮高轉速電動機，滿足不同地形需求[2]。最后，對于新能源汽車而言，其最大特點就是環保，可以降低石油、汽油等能源使用量，但電動機本身具有一定電磁輻射，而這種電磁輻射也會直接影響環境，造成環境污染，為此，應當優先考慮電磁輻射低的電機。若是上述各類電動機參數都符合標準要求，建議選擇其中選擇性價比最高的電動機，從而降低汽車使用成本，進一步推廣新能源汽車。

4.2 電機驅動控制器

在電機驅動系統中，電機驅動控制最為其中重要部件之一，主要作用就是運行過程中通過調節永磁同步電動機轉速，實現電機驅動系統正常運轉。分析可知，電機驅動控制器在實際運行過程中，由于三相正弦電流和永磁同步電動機有效連接，并且連接角一直處于120°，進而在氣隙位置形成旋轉磁場。所以，在分析電機驅動控制技術過程中，應當關注電機驅動控制器，以此提高系統效用發揮，更好為新能源汽車運行提供動力支持。

5 新能源汽車驅動電機控制技術故障分析

5.1 驅動電機出現過熱情況

新能源汽車在實際行駛過程中容易產生大量熱量，若是溫度大于40℃，甚至超過60℃，非常容易導致電機漆包線絕緣失效，出現短路、電機燒壞等情況。分析電動車電機過熱故障原因可知：

其一，電機本身發生內部故障。如果電機出現發熱情況，很有可能和電機匝線故障有關，主要是因為線圈內部材質問題，引發電機動力、起熱度出現較大差別，匝線粗細與發熱量成負相關，也就是匝線越細，發熱量越大。此外，由于軸承是滾動重要支撐，如果鋼珠存在較大間隙，定子就會摩擦轉子，產生熱量，當摩擦力不斷增大時，溫度也會隨之升高。

其二，控制器發生故障。正常情況下，控制器會產生一定熱量，但若是過熱，就必須提高重視。分析控制器可知，主要工作原理就是將電能轉換為電流，以此來調節電機速度，若是大電流放電，會直接導致電機溫度升高，引發控制器故障。

其三，制動系統故障。如果汽車剎車簧發生斷裂，很難保證剎車片彈到位，剎車簧斷裂，導致剎車片“合攏”，會影響剎車制動出現一種滾動阻力，從而造成電機升溫，引發故障[3]。

5.2 電機工作溫度監測控制系統

分析旋變溫度傳感器作用可知，通過預埋該傳感器在電機線圈（定子）中，可以起到檢測電機線圈溫度作用，避免電機在工作溫度過高而引發過熱情況。在溫度傳感器作用下，會實時檢測到繞組溫度，當發現溫度過高時，電機控制器會和網關控制器完成信息聯動，并且汽車儀表盤上會出現“請檢查動力系統”提示，并且由于功率受限，此時指示燈處于亮起狀態。若是電機繞組溫度一直處于160℃以上，則 永磁體會出現磁退情況，進而造成車輛加速但毫無反應故障。如表1所示，不同溫度下，溫度傳感器對應的阻值。

以國產品牌新能源秦EV系列車型為例，考慮到我國各地區氣溫差異較大，為保證汽車可以在-20℃-50℃環境下，能夠正常充電、行駛，將電池智能熱管理系統應用到該類型車輛中，所謂熱管理系統，主要包含了動力電池、驅動電機冷卻水泵、前電驅動總成、充配電總成、散熱器、散熱器風扇，還有PTC、板式交換器、整車控制器等。由于上述部件主要集中在機艙內，并在電池散熱系統中運用了制冷劑，以此來達到降溫目的。PTC主要負責為電池加熱系統進行加熱，而電機、控制器散熱系統則通過冷卻風扇、散熱水箱進行散熱。

5.3 新能源汽車旋變信號故障

分析旋轉變壓器可知，其作為一種信號元件，主要指的就是一種輸出電壓跟隨轉子轉角變化。電機控制系統接收到來自旋轉變壓器輸出的模擬電信號后，通過解碼，實現對車速的改變。在此過程中，旋變傳感器主要作用就是對電機轉速、旋轉方向、電機位置變化情況進行檢測。若是旋變信號無效、丟失，會直接影響汽車正常啟動。在旋轉變壓器中，包含了旋變線圈、信號盤。還是以秦EV系列車型為研究對象，發現旋變信號故障后，會導致車輛不能正常高壓上電，并且此時儀表燈沒有任何變化，儀表盤會顯示出“請檢查動力系統”提示，汽車不能正常行駛[4]。

6 新能源汽車驅動電機技術故障處理

6.1 設備及安全防護準備

技術人員在處理故障前，需要做好現場設備準備，包括數字萬用表、道通MS908E汽車故障診斷儀、一體化工量具、萬用接線盒、個人防護套裝。此外，在故障處理操作前，工作人員需要檢查好場地、設備設施情況，確保清潔、無安全隱患，同時，插排、配電箱等也必須達到用電需求。為保證安全性，故障處理技術人員必須穿戴絕緣鞋、安全帽，并在周圍設置明顯的高壓安全警示牌。

6.2 電機溫度過熱故障處理

工作人員啟動秦EV新能源汽車后，檢查發現儀表盤“OK”燈處于熄滅狀態，并提示“請檢查動力系統”字樣。為此，檢修人員可以按照以下步驟完成故障處理：

首先，需要先進行故障分析。檢修人員應當先檢查汽車外部情況，包括冷卻液質量、冷卻液位；檢查電機控制器外部高低壓接插件松緊情況，觀察導線有無破損情況；檢修人員還需要對電機、控制器外部進行檢查，主要查看有無滲液情況，管路接頭是否緊固；而電機外部緊固螺釘也是檢查項目之一，檢修人員可以用力擰動，查看其是否出現松動、異響等情況；檢修人員可以觀察散熱水管運轉情況，查看其是否出現機械干澀、異響等問題。通過外部檢查，進行故障排除。

其次，檢修人員需要分析故障原因。對于電機及控制器溫度過熱故障，與驅動電機故障、旋變溫度傳感器故障、驅動電機控制器故障、冷卻控制線路故障、冷卻系統故障等原因存在直接聯系。為找出主要原因，檢修人員可以在故障排查中，先進行外部直觀檢查，確保不是冷卻系統、線路故障后，再進一步讀取故障碼，找出故障原因。

再次，在故障診斷中，檢修人員通過檢查電機冷卻液，發現其液位正常；而對于管路、水泵、風扇運轉情況檢查，也發現處于正常狀態。在此基礎上，檢修人員連接解碼儀器后，顯示故障碼P1BB200，說明前驅動電機一般過溫告警，若是顯示P1BB298，則證明是前驅動電機嚴重過溫告警，而后檢修人員查看數據流電機溫度，顯示為161℃，此溫度已經超出正常范圍。接著，檢修人員讓車輛下電，并將低壓蓄電池負極斷開，為保證正確測量出電機溫度傳感器電阻值，需要拆下車輛右前輪，同時拆卸電機驅動器搭鐵，并將驅動電機后端蓋打開，此時，通過測量得到，電機溫度傳感器電阻值為0.9kΩ[5]，此數值不正常，說明存在故障。

最后，檢修人員需要做好故障排除。這就需要更換溫度傳感器，并重新啟動測量，此時檢查發現儀表顯示正常，并且車輛可以正常上電，此故障得到解決。

6.3 旋轉變壓器故障處理

還是以秦EV新能源汽車為研究對象，發生旋轉變壓器故障后，檢修人員按壓啟停開關，發現測量高壓無法正常上電，并且儀表盤“OK”燈無反應，儀表盤提示“請檢查動力系統”字樣。

按照同樣的故障檢修步驟，工作人員發現，由于旋變故障主要表現為硬件故障，簡單說，就是旋變傳感器本身線圈繞組、電機控制器存在問題，也可能是旋變傳感器線束、接插件無法正常使用。

為此，檢修人員在完成車輛基本檢查后，可以使用診斷設備，通過連接解碼儀讀取故障碼，發現顯示出兩個故障碼：P1BBF00、P1BF200，由此可以判斷為旋變故障。而后檢修人員可以做深入檢查，讀取數據流、關閉點火開關，斷開低壓蓄電池負極，此時等待三分鐘后，將前電驅動總成后端蓋拆掉，而后測量旋變傳感器插接件的電阻值無窮大，并在繼續查找中，發現電機插頭處針腳存在退針情況。針對此，檢修人員可以修復傳感器線束插針排除故障。

7 結語

綜上所述，通過本文以秦EV新能源汽車為例，針對相關故障問題以及處理方法的分析，希望可以為業內人士提供有效參考。

參考文獻：

[1]賴德鵬，王貞仁.新能源汽車電機及控制系統檢修課程的教學設計初探[J].汽車維護與修理，2023（04）：15-18.

[2]任曉勇.新能源汽車與電機驅動控制技術[J].自動化應用，2022（05）：95-97.

[3]劉國棟. 新能源汽車用非對稱組合式永磁磁極驅動電機及控制技術研究[D].山東理工大學，2022.

[4]馬鳴威. 基于永磁同步電機的新能源汽車控制系統研究[D].長春工業大學，2019.

[5]吳靜波，郭志軍，申彥杰.關于對新能源汽車及電機驅動的控制技術的探析[J].電子技術與軟件工程，2015（18）：249.