新能源汽車故障遠程監測裝置

摘 要：為了有效解決新能源汽車在行駛中硬件與軟件突發故障所帶來的安全隱憂，以及防止車輛由于進行常規檢修時未能及時發現部件受損，文章設計并開發了一款先進的車輛遠程報警裝置。該裝置通過便攜主機作為核心控制單元，通過與車輛總控MCU（Microcontroller Unit）連接，將車輛運行時的實時信息發送至云端進行監測，再由云端將處理過后的信息發送至客戶端，從而使車輛運營工作人員能夠及時發現車輛故障信息開展救援與故障診斷。經過測試表明，該裝置傳輸效率高和延時性低，具備高度的應用性和實時響應能力。因此，該裝置不僅能夠為車輛相關從業人員提供數據上的支持，也為新能源汽車的智能網聯提供了可行性方案。

關鍵詞：新能源汽車 汽車智能網聯 遠程監測

1 緒論

隨著社會進步與技術創新的持續驅動，新能源汽車技術已實現產業鏈全域整合，正在逐步取代傳統內燃機車型成為市場主導。然而，這一技術轉型過程也伴隨著顯著的風險，新能源汽車的運營效率、安全性和智能化管理等項目成為行業關注的重點。

電池系統故障包括電池包漏液、電池溫度異常、電池充電問題、電池管理系統（BMS）故障等。當車輛電池系統故障時，車輛會出現續航里程下降、無法啟動或熱管理失控等現象[1]。并且，新能源汽車電池內部電路電壓可高達上百伏，因此需要專業人員進行嚴苛的手段進行監測，使得電池系統的診斷流程較為復雜。新能源汽車電機系統承擔動力輸出的責任，其常見故障包括電機控制器故障、冷卻系統故障、驅動電機本身故障等。電機系統的故障診斷需要在硬件和軟件層面進行檢查與監測：硬件層面主要針對各個控制器的相應情況和工作狀態檢查；軟件層面則是對運行數據進行實時監測，甄別信息是否錯誤[2]。電控系統包括電源管理模塊、高壓配電箱、充電接口等結構，以上結構在發生輕微故障時影響車輛的正常使用，但在發生重大故障，如：電源管理系統失效時，能夠引起其他系統的故障，從而造成嚴重事故[3]。輔助系統涉及空調系統、轉向系統、制動系統等。輔助系統產生的故障雖然不會直接影響車輛的安全性，但會影響司機駕駛時的舒適性和可靠性[3]。

由于新能源汽車內部系統由多個模塊集成，當系統出現故障警告碼時，其成因可能來自集成的多個模塊中的任意一個或多個，而系統間的交互作用更進一步導致故障成因的復雜化，最終導致新能源汽車的故障診斷困難程度加深[4]。新能源汽車內部各系統間存在著緊密而微妙的關聯，這意味著，系統的故障不僅局限于自身，還可能連鎖反應至其他相關系統，引發更廣泛的問題。新能源汽車中部分故障在初期不易察覺，只有當故障積累到一定程度，才會對正常駕駛產生明顯的影響。這種具有隱匿特性的故障嚴重影響力檢測和預防，所以在新能源汽車監測網絡中實時進行診斷是必要的[5]。因此，在新能源汽車進行故障診斷時，監測系統必須引入全局監測，綜合各系統狀態與數據，確保診斷的準確性[6]。

綜合以上分析，新能源汽車故障類型多樣化且具有一定的關聯性。為了提高故障診斷與預警的準確性和及時性，有必要通過實時數據采集和智能數據分析等方式進一步深入研究各類故障的發生規律和發展趨勢[7]。因此，文章設計了一款新能源汽車故障遠程監測裝置。該裝置利用車載終端和云服務器端的連接，對新能源汽車的實時行駛狀態、電池電量、車輛位置等信息進行遠程監控和管理。

2 應用場景需求分析

遠程監測裝置的應用廣泛，不同用戶都可以通過客戶端對車輛數據進行監控和分析。

汽車制造商通過該裝置收集車輛運行數據，用于產品優化、故障分析和售后服務改進。

汽車維修廠家可以通過遠程監測裝置獲得車輛的實時狀態信息，以便提供更快、更準確的服務，提高客戶滿意度。

個人車主可以通過遠程監測裝置實時了解車輛的狀態，包括電量、剩余里程等信息，提高行駛的安全性，并及時掌握車輛的運行情況。

政府監管機構可以通過遠程監測裝置監督新能源汽車的運行狀況，確保交通安全和環境保護標準的遵守。

3 系統架構

新能源汽車遠程監測系統是將車輛的三電系統相關車況數據，以及動力電池的電壓、溫度等電池一致參數通過無線網絡，發送到云端服務器，并最終可通過計算機對數據的分類比較等一系列運算頁面展示給車主和售后人員的系統。

整體系統架構由云服務器端、客戶端（手機端/電腦WEB端）和檢測設備端三部分組成，如圖1所示。

裝置的車載檢測接入車輛，實時獲取汽車的各項運行參數，結合GPS傳感器獲取定位信息，將關鍵運行數據通過移動無線網絡上傳至云服務端，對各項參數進行分析和統計，檢測各模塊是否產生故障。

3.1 數據采集

為達成高效的數據采集，相關裝置運用了前沿的傳感器技術與嵌入式處理技術。監測裝置采用多種高精準度、低能耗傳感器，進行數據收集和狀態監測，如：霍爾效應電流傳感器、熱電偶溫度傳感器、壓力傳感器等。此外，主機采用嵌入式處理器承擔采集后數據的處理功能，實現數據預處理、濾波、異常檢測等功能，進一步優化了數據質量。監測裝置的采集目標涵蓋電池的電壓、電流、溫度、SOC；電機的轉速、驅動電流；車載充電機的工作狀態等。這些參數是反應車輛的即時運行狀況以及潛在的故障風險的直觀數據。

3.2 數據傳輸

監測裝置使用了多種通信技術和協議，確保數據的安全性和傳輸效率。4G/5G移動通信網絡的無線傳輸技術，用于車輛與云服務器端的實時、高速且穩定溝通，從而達成遠程數據傳輸；而基于 CAN 總線的車內通信技術，則承擔了車內外部設備間的數據交換。此外監測裝置正在接入新型通信網絡新興的V2X車聯網通信技術。V2X技術是借助無線通信手段，達成車輛和其他車輛、路邊設施、云端服務器等之間的實時互動的通訊方式。與傳統通信技術相比能夠更有效地保障交通安全、提高交通效率、優化能源運用。

3.3 數據安全

監測裝置施行了多重防護舉措，傳輸期間運用加密算法，確保數據在傳輸時的安全性；同時，通過對用戶身份的認證、訪問權限的控制等方式，阻止非法訪問和對數據的篡改。

4 監測端與客戶端系統組成

4.1 監測端組成

監測設備端由主機、主線和天線三者組成。主機通過主線接入車輛MCU，讀取車輛運行數據，運行數據再由天線發送至云服務器端。檢測設備端主機工作電壓為7～16V，工作電流為10～150mA，工作溫度為－20℃～60℃，滿足汽車內部電氣和溫度要求。主機內部包括總線模塊、定位模塊、移動通信模塊。

總線模塊兼容多種協議，能夠適配多種車輛網絡，包括ISO-15765、ISO-14230、ISO-9141、SAE-J1939、J1850。

定位模塊負責GPS 數據采集，其輸入電壓為3.3V，工作溫度為－10℃～55℃。

移動通訊模塊承擔GPRS 通訊功能，支持的運營商有移動、聯通。其輸入電壓為3.3V，工作溫度為－10℃～55℃。

檢測設備端運行邏輯如圖3所示，檢測到設備上電后，主機內各模塊開始初始化；設備通過天線鏈接云服務器端，實時采集數據，并獲取定位信息，最后上傳信息；設備檢測到車輛熄火，進入休眠狀態。

4.2 客戶端功能展示

客戶端接收云服務器端統計、處理后的數據，通過無線網絡傳輸至客戶端。客戶端上主要為用戶顯示實時采集的電控系統運行數據和電池包單體電壓、溫度、均衡、絕緣、總電壓、電流等核心數據。并提供云服務智能分析數據后生成的檢測報告和提供維修引導以及遠程故障智能提醒、實時定位服務、遠程 OTA 等功能。

5 結論

文章研究的新能源汽車故障遠程監測裝置在以下方面展示了優勢。

（1）實時監控：通過遠程診斷技術實現實時監控車輛電池溫度、電壓和電流狀態，并在發現異常情況時緊急聯系相關人員，以確保安全運行。

（2）提高維修效率：維修技師通過云服務端智能分析數據生成檢測報告、檢索三電系統的歷史數據和告警信息，對車輛故障進行快速排查。

（3）預防性維護：遠程診斷技術能夠對車輛的三電系統進行長期的數據跟蹤和分析，預測可能出現的問題并提供建議，從而降低故障發生的風險，延長車輛使用壽命。

（4）遠程控制：遠程控制技術能夠隨時更新車載終端的軟件和固件，以修復漏洞和增加新功能，并且對車輛進行實時定位，更精準地獲取用戶位置信息。

基金項目：2025年度廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目“基于車聯網的動力電池安全監測系統研究”（2025KY1612）。

參考文獻：

[1]魏昕昉，張樹峰.新能源汽車電池熱管理技術研究進展[J].汽車維修技師，2025（06）：36-37.

[2]萬毓軒.新能源汽車驅動電機控制技術故障處理研究[J].汽車測試報告，2024（24）：53-55.

[3]馬遙遙.新能源汽車典型故障分析與關鍵技術研究[J].汽車與新動力，2025，8（01）：90-93.

[4]郭志鵬，柴亞珂.新能源汽車專業常見故障維修技術應用及案例分析[J].時代汽車，2025（07）：107-109.

[5]單英釗，石晶，劉厚全，等.汽車安全性能簡述[J].汽車實用技術，2020（11）：242-243.

[6]趙蕊.新能源汽車數據檢測處理系統需求分析[J].專用汽車，2024（01）：74-76.

[7]陳瑩.智能網聯汽車熱管理系統的遠程監控與診斷[J].汽車維修技師，2025（06）：75-76.