电动汽车常见故障处理方法(三)—动力系统常见故障处理

◆文/山东 刘春晖

五、动力系统常见故障及处理方法

1.动力电池系统

电动汽车中高压系统的功能是确保整车系统动力电能的传输，并随时检测整个高压系统的绝缘故障、断路故障、接地故障和高压故障等，负担着确保整车设备和人员安全的首要任务，也是电动汽车产业化的关键技术之一。

电动汽车的主要部件——动力电池系统属于高压部件，其设计的好坏直接影响着整车安全性及可靠性，动力电池的安装位置如图4所示。

图4 电动汽车动力电池的安装位置

动力电池系统的故障诊断及处理十分必要。动力电池系统故障按照故障发生的部位可以分为三类，即单体电池故障、电池管理系统故障、线路或连接件故障。

(1)单体电池故障

单体电池的故障包括三种。

①第一种故障：电池性能正常，无需更换，对应故障有单体电池SOC(荷电状态)偏低和单体电池SOC偏高。如果单体电池SOC偏低，则该电池在汽车行驶过程中，电压最先达到放电截止电压，使得电池组实际容量降低，应对该单体电池进行补充充电。如果单体电池SOC偏高，则该电池在充电末期最先达到充电截止电压，影响充电容量，需对该单体电池进行单独补充放电。

②第二种故障：电池性能衰退严重，应立即更换，对应故障有单体电池容量不足和单体电池内阻偏大。在电池组中，最小的单体电池容量会限制整个电池组的容量，因此发生单体电池容量不足故障会影响车辆续驶里程。锂离子电池内阻如果过大，会严重影响电池的电化学性能，如充放电过程中的极化严重、活性物质利用率低、循环性能差等。

③第三种故障：电池影响行车安全，对应故障包括单体电池内部短路；单体电池外部短路；单体电池极性装反。在强振动下锂离子电池的极耳、极片上的活性物质、接线柱、外部连线和焊点可能会折断或脱落，造成单体电池内部短路或者外部短路故障。

通常情况下，造成单体电池前两种故障的原因可能包括两个：一是动力电池成组时单体电池的SOC、容量、内阻本身就存在差异；二是单体电池在成组应用过程中因为应用环境差异(如温度、充放电电流)造成差异增加，加剧单体电池的不一致性。

(2)电池管理系统故障

电池管理系统对于保障电池组的安全及使用寿命，最大限度发挥电池系统效能具有重要作用。电池管理系统通常对单体电压、总电压、总电流和温度等进行实时监控采样，并将实时参数反馈给整车控制器。电池管理系统除了对电池性能参数进行监控、实施电性能管理以外，还具有以热管理为主的应用环境管理功能，实施对电池的加热和冷却，确保电池的良好应用环境温度以及温度场的一致性。若电池管理系统发生故障，就失去了对电池的监控，不能估计电池的SOC，容易造成电池的过充、过放、过载、过热以及不一致性问题的增加，影响电池的性能、使用寿命和行车安全。

电池管理系统故障包括CAN通信故障、总电压测量故障、单体电压测量故障、温度测量故障、电流测量故障、继电器故障、加热器故障和冷却系统故障等。

(3)线路或连接件故障

线路或连接件故障的诊断对于确保行车安全和整车的可靠性同样重要。例如，因为车辆的振动，电池间的连接螺栓可能会出现松动，电池间接触电阻增大，发生电池间虚接故障，以致电池组内部能量损耗增加，造成车辆动力不足和续驶里程短。在极端情况下还能引起高温，产生电弧，熔化电池电极和连接片，甚至造成电池着火等极端电池安全事故。

在电动汽车运行过程中，单体电池之间可能发生相对跳动，造成两电池间的连接片折断。电池箱和电动汽车的电气连接处也是故障的高发点，电插接器在经历长时间振动后容易产生虚接，出现易烧蚀、接触不良等故障。

动力电池系统常见故障及处理方法见表4。

2.电动机驱动系统

电动机驱动系统的故障主要分为电动机故障与电动机控制器故障。

如图5所示，驱动电动机是电能和机械能转换，实现车辆驱动的关键部件，是典型的机电混合体。电动机故障涉及因素较多，如电路系统、磁路系统、绝缘系统、机械系统以及通风散热系统等。任何一个系统工作不良或其相互之间配合不好均会导致电动机出现故障，所以，电动机故障要比其他设备的故障更复杂，电动机故障诊断所涉及的技术范围更广。此外，电动机的运行还与其负载情况、环境因素有关。电动机在不同状态下运行，表现出的故障状态各不相同，这进一步增加了电动机故障诊断的难度。通常而言，电动机的故障可分为机械故障与电气故障。机械方面的主要故障有定子铁芯损坏、转子铁芯损坏、轴承损坏和转轴损坏，其故障原因为由振动、润滑不充分、转速过高、静载过大、过热而引起的磨损、压痕、腐蚀、电蚀和开裂等。电气方面的故障则主要是定子绕组故障与转子绕组故障，故障原因包括电动机绕组接地、短路、断路、接触不良和鼠笼断条等。

图5 驱动电机

表4 动力电池系统常见故障及处理方法

因为器件本身的结构和物理特性以及相互间的电磁兼容性问题，电动机控制器故障也成为电动机驱动系统发生故障的主要原因。电动机控制器的故障主要包括以下几类：IGBT故障、输入电源线和接地线故障、整流二极管短路、直流母线接地错误、直流侧电容短路、晶闸管短路、温度超限报警、相电流过流、过电压以及欠电压等高压电气系统故障。电机控制器(图6)是驱动电动机的“大脑”，接受来自整车VCU控制信号，同时完成动力电池输出直流电压到交流电压的逆变过程以及能量回收交流电压到直流电压的整流过程，主电动机控制器常见故障及处理方法见表5。电动机常见故障及处理方法见表6。

表6 电动机常见故障及处理方法

(全文完)