電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障診斷

吳敏

摘要：動(dòng)力系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車最重要的兩個(gè)部分，本文著重對(duì)這兩個(gè)部分的故障診斷進(jìn)行詳細(xì)的分析與闡述。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;動(dòng)力;驅(qū)動(dòng);故障

一、動(dòng)力系統(tǒng)部件故障診斷

動(dòng)力電源是電動(dòng)汽車的動(dòng)力來(lái)源，動(dòng)力電源技術(shù)的突破和成熟可以在極大程度推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展，讓越來(lái)越多的消費(fèi)者接受和選擇電動(dòng)汽車。

當(dāng)前研究開發(fā)較多的電動(dòng)汽車動(dòng)力電源有鉛酸電池、鎳金屬電池、鋰離子電池含動(dòng)汽車一般選用磷酸鐵鋰電池作為蓄電池，其具備比容量大、輸出效率高、工作溫度范圍廣、自放電率低、安全性能好、循環(huán)壽命長(zhǎng)、可承受大電流快速充電等優(yōu)點(diǎn)。其常見故障如下：

（一）電池本身的故障

電池系統(tǒng)本身發(fā)生故障時(shí)，主要體現(xiàn)在電源電池的過(guò)分充電上。由于生產(chǎn)工藝等存在技術(shù)問題，因而各個(gè)單體之間存在電容量、充放電效率的差別。顯而易見，電池組中容量較低、充電速率較快的電池單體更快充滿電。動(dòng)力電源是由一些電池單體通過(guò)串并聯(lián)組成，當(dāng)發(fā)生過(guò)分充電時(shí)，容易使電池組溫度過(guò)高超過(guò)限度，繼而造成電解液泄漏等問題。

（二）電源電壓故障

動(dòng)力電源電壓常見故障主要包括電池組/電容總電壓過(guò)高或過(guò)低，電池單體電壓過(guò)高或過(guò)低等。要保證單體電壓信號(hào)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確，可以對(duì)每個(gè)單體電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)。此法雖然能確保每個(gè)單體都被正常監(jiān)測(cè)，但相應(yīng)的布置和管理難題仍然需要克服。

當(dāng)出現(xiàn)電池組/電容電壓故障時(shí)，整車控制器按相應(yīng)故障等級(jí)進(jìn)行處理，若為嚴(yán)重故障等級(jí)，就要確保駕駛員安全，盡快關(guān)斷電源，防止事故發(fā)生。

（三）電源電流故障

電動(dòng)汽車動(dòng)力電源電流出現(xiàn)過(guò)大或過(guò)小的急速變化，是電流故障的主要表現(xiàn)。設(shè)置傳感器監(jiān)測(cè)電流變化，并且和電壓值進(jìn)行相關(guān)性判定。當(dāng)整車控制器監(jiān)測(cè)到電流異常時(shí)，根據(jù)故障等級(jí)采取相應(yīng)措施，嚴(yán)重時(shí)關(guān)斷電源。

（四）電源溫度異常故障

電源各個(gè)單體溫度不能保證全部一致，因此容易出現(xiàn)箱體溫度不均衡，或是溫度過(guò)高等故障。電池/電容溫度的高低在很大程度上會(huì)影響其容量和性能，因此對(duì)于相關(guān)輸電線路和溫度傳感器信息要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同樣的，若出現(xiàn)了嚴(yán)重故障，整車控制器控制關(guān)斷電源，保證安全停車。

（五）電源絕緣性故障

動(dòng)力電源是由許多電池/電容單體串聯(lián)組成，因而電壓較高，一般至少在300V以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一般人所能承受的安全極限。電動(dòng)汽車行駛環(huán)境也是復(fù)雜多變的，車身震動(dòng)不可避免，特別是塵土、濕度、高熱等環(huán)境因素，可能造成車載電源和車身底盤之間的絕緣故障。若是電源與車身之間的絕緣電阻值低于規(guī)定的安全值，就容易發(fā)生漏電故障，所以電源絕緣性檢測(cè)必不可少。在動(dòng)力電源中設(shè)置有電壓泄漏傳感器，用于檢測(cè)絕緣電阻值大小，發(fā)生此故障時(shí)，電動(dòng)汽車電源子系統(tǒng)把信息通過(guò)CAN通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到電動(dòng)汽車整車控制器進(jìn)行控制處理。

二、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障診斷

電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是動(dòng)力電機(jī)及其傳動(dòng)系統(tǒng)，動(dòng)力電源提供電能驅(qū)動(dòng)動(dòng)力電動(dòng)機(jī)，所以動(dòng)力電機(jī)被視為電動(dòng)汽車的心臟。不僅如此，動(dòng)力電機(jī)在電動(dòng)汽車行駛過(guò)程中還有能量回收的關(guān)鍵作用，將車輪制動(dòng)時(shí)的動(dòng)能轉(zhuǎn)為電能重新存儲(chǔ)到動(dòng)力電源中。一般來(lái)看，動(dòng)力電機(jī)及其控制器是故障發(fā)生的主要部位。

（一）常見故障

（1）電機(jī)出現(xiàn)的故障。

①定子繞組故障：常見的故障主要是匝間或相間短路故障、繞組絕緣失效等。電動(dòng)汽車采用了永磁同步電機(jī)作為動(dòng)力電動(dòng)機(jī)，當(dāng)永磁同步電機(jī)定子繞組溫度升高或是電機(jī)震動(dòng)使得匝間線圈摩擦損壞時(shí)，匝間絕緣被破壞，發(fā)生短路故障，進(jìn)一步使繞組局部過(guò)熱，電機(jī)震動(dòng)和噪聲也增大。

②轉(zhuǎn)子失效故障：主要包括轉(zhuǎn)子的不平衡、轉(zhuǎn)子偏心軸發(fā)生彎曲、轉(zhuǎn)子斷條和轉(zhuǎn)子永磁體失效等。永磁同步電機(jī)在工作時(shí)轉(zhuǎn)速高，若因震動(dòng)等因素造成轉(zhuǎn)子質(zhì)心偏移，高速旋轉(zhuǎn)的離心力會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生周期性的激振力，從而加大電機(jī)震動(dòng)。

③軸承故障：從電機(jī)的結(jié)構(gòu)可知，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)兩端軸承來(lái)固定，轉(zhuǎn)子做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，兩端軸承需要承受較大載荷。同時(shí)電動(dòng)汽車行駛環(huán)境復(fù)雜多變，電機(jī)可能處在潮濕空氣中或塵土較多的環(huán)境中，必須保證軸承有良好的潤(rùn)滑，防止雜物進(jìn)入，否則軸承容易發(fā)生磨損，造成點(diǎn)蝕、銹蝕，危害軸承強(qiáng)度。軸承故障一旦發(fā)生，電動(dòng)機(jī)定子溫度易升高，電機(jī)震動(dòng)增加，甚至使轉(zhuǎn)子也失效，是比較嚴(yán)重的故障。

④電機(jī)過(guò)熱：電動(dòng)汽車高強(qiáng)度長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，若冷卻不佳容易使電機(jī)溫度升高迅速，耗能增加，能量制動(dòng)回收效率也下降，使電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龤щ姍C(jī)。因此，通常采取風(fēng)冷或水冷來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行冷卻。

（2）電機(jī)控制器出現(xiàn)的故障。

①電機(jī)控制器溫度過(guò)高：電機(jī)控制器包括一些由電子功率元器件組成的逆變電路，溫度的高低會(huì)顯著影響元器件工作效率和狀態(tài)，若溫度過(guò)高（大于150℃），元器件性能下降，控制器工作狀態(tài)不理想，不能使電機(jī)合理輸出，最終不能滿足行駛要求。

②電機(jī)控制器電流過(guò)大：電機(jī)控制器的額定電流有相應(yīng)設(shè)計(jì)，若實(shí)際電流值超出額定值很多會(huì)形成沖擊，造成過(guò)流故障。綜合來(lái)看，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常見故障見表1。

（二）嚴(yán)重故障處理

電機(jī)控制子系統(tǒng)ECU和電動(dòng)汽車整車控制器VCU之間進(jìn)行診斷通信，當(dāng)整車控制器VCU分析發(fā)現(xiàn)整車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，控制器會(huì)按照既定策略來(lái)處理，安全關(guān)斷電機(jī)及其再生制動(dòng)系統(tǒng)，且保證駕駛員能夠安全停車。

（1）電機(jī)過(guò)熱處理策略。對(duì)電機(jī)過(guò)熱故障進(jìn)行處理，需要根據(jù)車輛行駛的不同狀態(tài)采取不同的處理方法。一種情況下，車輛在行駛過(guò)程中因散熱問題導(dǎo)致電機(jī)過(guò)熱故障，這時(shí)要保證駕駛員能安全停車，允許車輛向前行駛，關(guān)閉能量再生制動(dòng)功能，考慮到故障發(fā)生在行駛途中，駕駛員很可能仍踩著加速踏板，此刻整車控制器對(duì)加速信號(hào)進(jìn)行歸零處理，驅(qū)動(dòng)力矩輸出值為零，保證車輛安全停止。另一種情況下，車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)，整車控制器禁止整車進(jìn)行啟動(dòng)和驅(qū)動(dòng)。特別是驅(qū)動(dòng)狀態(tài)中，加速踏板信號(hào)也歸零處理，驅(qū)動(dòng)力矩輸出值為零。

（2）電機(jī)控制器故障處理策略。電機(jī)控制器是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，若是發(fā)生故障會(huì)使電機(jī)無(wú)法工作。一般情況下，發(fā)生輕微故障和一般故障時(shí)，整車控制器會(huì)容錯(cuò)處理，使車輛運(yùn)行到修理廠。發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，允許車輛向前行駛，但關(guān)閉能量再生制動(dòng)功能，要保證駕駛員能安全停車，并將加速信號(hào)歸零處理，驅(qū)動(dòng)力矩輸出值為零。同理，若車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)，整車控制器禁止整車進(jìn)行啟動(dòng)和驅(qū)動(dòng)。