电动汽车动力系统故障检测及诊断方法

段继强　陆洁　曾庆亮　丁琳　张辉

摘 要：我国汽车保有量逐年增加，电动汽车成为人们生活必需品，但由于电动车在使用过程中易发生漏电、续航、充电等问题，需要提升人们体验感。目前燃油汽车售后服务较为完善，国家对燃油汽车维修提出了完善的基础标准，相关维修技术较为完善。电动汽车由于发展年限较短，电动汽车动力系统组成具有独特性，维修技术体系仍处于不断完善的过程，维修技师存在技术障碍，难以精准识别和排除电动汽车故障。电动汽车系统故障检测及诊断可以提高电动汽车安全系数，提高电动汽车使用年限，推动电动汽车维修行业快速发展。本文分析了电动汽车动力系统构造与原理，包括基本结构与原理、系统各部分结构与工作原理、电动汽车与燃油汽车的区别三方面，分析了电动汽车动力系统故障特点，包括电池组故障、电池管理系统、动力驱动系统、冷却系统、高压控制系统故障现象及特点，提出了电动汽车动力系统故障检测及诊断方法，从故障检测与诊断的目的、电动汽车动力系统故障检测及诊断、各子系统故障检测及诊断方法的选取、系统故障检测及诊断操作规范四方面展开，为燃油汽车维修技师汽车故障检测与诊断提供支持。

关键词：电动汽车 故障诊断 检测技术

1 引言

社会生活节奏加快，人们选择通过汽车交通工具出行，为生活提供了便捷，扩大了活动空间，提高交流效率，推动社会经济快速发展。我国生活水平提高的同时，汽车保有量增加，能源紧张及环境污染成为社会发展亟待解决问题，为了解决能源短缺问题，控制生活中二氧化碳排放量，电动汽车成为当前出行交通工具首选，降低环境污染，顺应碳中和目标，改善交通工具领域的能源结构，缓解能源短缺问题。

2 电动汽车动力系统构造与原理

2.1 电动汽车的基本结构与原理

电动汽车包括增程式及纯电动两种形式，按照类型划分，包括混合动力汽车、燃料电池汽车、纯电动汽车、太阳能汽车、超级电容汽车等。电动汽车主要是通过动力电源、驱动电机、调速裝置、转动系统、控制器等多个部件构成，动力电池能够为电动汽车提供动力源，电源管理系统能够为驾驶员提供续航里程，监控电池状态，避免意外发生。驱动电机控制器将电池中的电能转化为驱动力，整车控制器能够获取信息与数据，提供信号与指令。空调系统能够采暖和制冷，辅助系统能够实现电动助力转向、电子真空助力、电子换挡器，能量回收系统是将车辆惯性机械能转为电能，冷却系统能够实时调节系统工作温度。

2.2 电动汽车与燃油汽车的区别

电动汽车是将新材料、新技术、新能源融合为一体，具有效率高、排放少、智能化特征。电动汽车是将电能转化为机械能，没有发动机，通过动力电池驱动电机运转，通过制动踏板、加速踏板、车速传感器等将信号传输至车辆控制器，控制车辆运行。电动车需要高低压直流转化器，根据工况灵活调节功率，电动汽车压缩机动力是通过高电压驱动，取暖系统是通过PRC电加热材料取暖，电动助力转向系统，汽车信号是控制器与仪表采用CAN总线通信形式，为驾驶人员提供准确的信息。燃油汽车通过发动机燃料将化学能转为机械能，驱动汽车行驶，燃油汽车有发动机，电脑控制燃油点火以及喷射系统，通过车载网络综合处理信号，将踏板位置传感器采集的数据信息传输至电脑，保证车辆安全行驶。燃油汽车虽然有发动机，但需要备用电源蓄电池，保证车载用电需求，车载蓄电池能够提供低压直流电，不需要转换变压，取暖、制冷系统的启用都离不开汽车发动机，换挡可通过电子或机械两种形式，无能量回收系统，通过数字仪表与机械仪表两种结合的方式体现信号数据，帮助驾驶员获得信号。

2.3 电动汽车动力系统各部分结构与工作原理

电动汽车电池包结构包括钴酸锂、三元锂、磷酸铁锂、铅酸动力等电池组，一般分布在电动车的底板或者车辆前仓，电池组能够满足高电压、大流量、混联等方式。动力电池运行时产生热量，不同蓄电池组发生有所差别，要确保动力电池保持良好的散热系统，电动汽车通过系统数据能够控制电动汽车控制器，监控各模块温度、电流、电压等。电动汽车电池管理系统能够保持单体电池性能一致性，监测电池健康状态，减少电池以外失效增加车辆事故，提高电池使用效率，保证车辆正常运行。电池组管理系统包括电路管理子系统、电池组管理子系统、热管理子系统。直流式漏电传感器会向电池管理系统发送异常信号，避免对人及物品造成伤害。充电管理系统可以保障低压系统正常运行，智能充电系统可以通过动力电池进行电池充电。电动车驱动系统有驱动器、控制器、动力电源、传感器等，汽车制动过程能够回收部分能量，将机械能转化为电能向电池充电，提高能源利用率。当车辆发生减速，控制器可以通过改变频率，提高制动的可靠性。电动汽车动力装置冷却系统主要是控制器、驱动电机及动力电池热量转移，与燃油汽车类似，能够避免高温抑制功率输出，包括散热器、冷却风扇、冷却液等部件构成。高压控制系统主要是避免人员发生触电，通过变速装置控制车辆行使，高压部件有控制盒、高低压转换器、车载充电机、驱动电机等部件构成。

3 电动汽车动力系统故障特点

3.1 电动汽车动力电池组故障类型及特点

动力电池组故障包括电池组鼓包、泄露、温度过高、不能充电等故障。单体动力电池故障包括温度过高或者过低、蓄电池短路故障等。动力电池荷电状态故障包括状态异常、数据不显示、续航里程低于正常阈值；动力电池信号故障包括电动汽车运行高压数据不显示、电池采样线、通信异常故障。动力电池作为车载动力设备，故障具有不一致性、潜伏性、渐变性、偶发性等特征，如果单个电池故障或者电池组故障，会对多种故障进行排查，才能做出综合分析。

3.2 电动汽车电池管理系统常见故障类型及特点

绝缘类故障包括绝缘监测故障、电源线绝缘损坏，具体表现为高压回路、动力母线绝缘故障等，车辆将不能正常行进、绝缘检测CAN检测将出现警告；通讯类故障包括电池管理系统通讯不稳定故障，系统将不能与ECU通讯，显示通讯故障；电池组内部通讯故障主要是通讯插头松动，BSU地址出现重复，CAN布线不规范。温度类故障主要是电池组温差过大，温度过高或者过低，特点是散热风扇插头接触不良或者散热风扇故障，温度传感器出现故障等；电流类故障主要是电流数据错误，传感器插头松动、损坏、采集数据损坏。

3.3 电动汽车动力驱动系统常见故障现象及特点

驱动电机故障主要是驱动电机高温故障、驱动电机超速运转、驱动电机异响、驱动电机系统高压暴露故障；驱动电机控制器故障包括电机控制器热故障、直流母线电压过高、驱动电机控制器和DC总成故障、驱动电机控制器相电流过电流故障、驱动电机控制器低压电源欠电压故障、驱动电机控制器高压欠电。电流类故障故障特征是软件与硬件不匹配，驱动电机控制器电源模块硬件损坏，蓄电池电压低，控制器低压接口电压过低，大功率充电，电路出现断开等，电流类故障特征主要体现驱动电机控制器采集的数据不符，器件损坏，电机负载变化等，温度类故障特征包括冷却系统工作故障、电机低压信号端子松动、电机负载给电机造成损坏等，其他类故障特征主要是电机超速运转，导致抵押信号端子松动、整车负载减小，电机异响产生噪音，电机转矩控制损坏，这些故障具有偶发性、持续性特征。

3.4 电动汽车冷却系统故障特点

冷却系统中水泵工作异响故障，电动汽车停止运行出现故障，要检测散热器冷却液是否不足，要更换水泵。驱动机过热故障主要是水泵运转不顺畅、冷却液缺失、水泵不运行、散热器散热不佳、冷却风扇工作效率不高、冷却管道堵塞等。蓄电池组冷却液加热器故障，要评估电池冷却液加热器是否存在故障，如果测量结果符合运行要求，需要重新启动车辆并进行系统检测。水泵搭铁线路故障主要存在电机驱动模块、电感、IPM三个单元易出现故障，其中机械类故障有异响噪音，线路类故障易出现驱动电机控制器高温，温度类故障水泵会出现系统温度异常，运转不顺畅，冷却液缺失等特征。

3.5 电动汽车高压控制系统常见故障现象及特点

电动汽车高压系统故障包括线路、主接触器以及引脚三部分故障。其中接触器电源脚接触不良会导致低压线束供电信号不能及时获取，预充接触器控制脚故障主要是是测量低压插接器对地电压不正常无电动模式，主接触器故障仪表会显示“请检查动力系统”，高压电池管理器采样线束故障，系统管理器會显示“预充失败故障”，动力电池管理器及线路故障仪表会显示“电流霍尔传感器故障”。高压系统产生故障因素主要是外部撞击导致插接器松动，线路出现设计缺陷、绝缘材料存在问题，线路短路、断路等，具有一定的危险性、持续性特征。

4 电动汽车动力系统故障检测及诊断方法

4.1 故障检测与诊断的目的及常用诊断方法

故障检测与诊断的目的是确保电动企业保持安全运行，根据当前汽车现状，确定故障部位，并科学制定维修方案。电动汽车内部结构复杂，离不开高压动力电池，检修车辆要注意操作安全性。电动汽车故障检测要分析车辆使用情况、设计与生产技术，装配技术、材料选取等，借助前沿的仪器设备，排除故障，提高车辆驾驶安全性。电动汽车故障检测方法包括观察法、经验诊断法、专用仪器诊断法、综合检测法等。其中观察法是通过视觉、嗅觉、触觉等多重感官，了解汽车结构存在故障，经验诊断法是凭借维修人员丰富工作经验，在局部辅助拆卸的情况下，了解汽车故障产生根源，进而制定维修策略。借助专用仪器诊断法是通过仪器、仪表等工具获取车辆电压、电阻等参数，提高故障诊断效率。部分仪器价格较高，需要维修人员掌握专用仪器的使用方法。综合检测法是针对复杂情况展开的故障检测，从外及内、从整体到部分，综合观察、经验、仪器诊断多种形式的检测法。

4.2 电动汽车动力系统故障检测及诊断方法

故障检测及诊断方法包括数据列表和树状结合法、闭环路径数据检测法、故障模拟分析法、测电流法、测电压法、测电阻法。其中数据列表和树状图结合方法能够针对故障因素列出明细，根据检测进度调整检测步骤。维修人员根据故障类、特征及原理绘制树状图，明确检测顺序，分析电压线束故障点。闭环路径数据检测法是依据数据，将闭环路径进行延展，并依次排除故障的过程，其中维修人员要结合电动汽车动力供给路径逐项检测，确定故障产生原因，为维修人员提供检测思路。故障模拟分析法适用于诊断通讯类、电压类、电流类，帮助缺乏维修经验的人员及时排除故障。测电流法是利用霍尔效应测量驱动机功率电流，盘点电动机是否存在故障。测电压法是帮助维修人员判断是否存在漏电可能，将检测电源通过霍尔传感器，如果电压不为零，表明存在漏电可能，如果输出电压为零，表明不存在漏电故障。测电阻法是测量元器件对地电阻的电阻值，如果驱动电机存在高温故障，可以测量低压信号端搭铁电阻，如果端子不松动，还应判断冷却系统及电机是否异常。

4.3 电动汽车动力系统中各子系统故障检测及诊断方法的选取

第一，动力电池组故障包括温度类、绝缘类、通讯类、电压及电流类。针对温度类故障维修人员要获取电压、电阻等，分析电池是否存在故障，检查外部接线柱、热管理系统等，一般导致温度故障点较多，需要数据流分析、树状图、数据列表等多种方法结合方式。通讯类故障需要判断外部线路、部件以及电池管理系统，选择数据互换对比、测电压方式排除故障。电压类尧都区电压数据，检测制动能量回收系统，选择测电压、侧电阻方法排除故障。绝缘类故障要对整车绝缘检测，在分别测量端子高压值，采取树状图、测电压、数据列表等多种形式相结合排除故障。第二，电源管理系统故障诊断方法。温度类故障要检查散热气风扇工作状态，插接器是否正常，选择测电压方法排除。通讯类故障要检查外部线路连接是否正常，再检测电源管理系统，是否BSU地址重复等，选择树状图、树状列表等方式排除故障。绝缘类故障要读取测量端子的要压制，判断电压及绝缘是否正常，如果数据异常，可直接排除故障。第三，动力驱动电机及控制系统故障检测。其中温度类故障主要是电机负载损坏电机、冷却系统散热异常、低压信号端子松动、IGBT件损坏等。通讯类故障包括外部传感器点击位置传感器故障、供电线路电压故障，电压异常、插接器连接异常等，应选择测电压、树状图、数据列表等多种方式展开故障排查。电压类故障检查高圧回路部件是否存在互锁情况、动力电池电压过低、用电设备功率瞬时变化等，选择故障模拟分析方式排查故障。机械类故障一般是线路故障、档位开关等，要检查驱动电机运动是否过大，应拆解驱动电机展开检测。第四，汽车冷却系统故障包括温度类、通讯类及机械类，检查散热器风扇，判断冷却液量是否正常，清除散热器污垢，选择数据列表、数据互换实验等方式。第五，高压控制系统故障。包括绝缘类、漏电类、短路类、断路类等，选择数据互换对比实验以及故障模拟分析的方式来排除故障。

第二，3.4电动汽车动力系统故障检测及诊断操作规范

高压系统故障检测规范要具备行业培训经验，了解电动汽车动力系统构造，维修时要佩戴绝缘手套，穿戴好符合国家行业标准的防护服装，选择符合要求的机械检测工具，装配与拆解配件过程中，要断开电源，确保高压部件接地良好，无高压环境下才能展开操作，制动液、冷却液等要避免溅到高压部件造成腐蚀。

5 结束语

电动汽车故障一般包括充电、漏电、短路三方面问题，电动汽车维修仍存在一定法律漏洞，维修人员存在经验不丰富，技术缺陷问题，不能针对电动车现状精准排除故障点。本文针对电动汽车动力系统故障展开分析，针对故障检测及诊断情况进行分别分析，归纳了相关检测方法，为电动汽车动力系统故障检测提供相关借鉴与参考，促进电动汽车行业可持续发展。

参考文献：

[1]梅琳.智能自动化技术在汽车工程中的应用思考[J].时代汽车，2022（19）：19-21.

[2]于芳，魏占魁.汽车可靠性管理系统工程研究[J].专用汽车，2022（09）：37-39.DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.09.012.

[3]丁彤，门峰，董方岐，梁丽军.基于PEST模型分析汽车工程咨询发展现状及趋势[J].中国工程咨询，2022（05）：50-54.

[4]胡雪芳，曹爱霞，谢建新.新工科背景下车辆工程新能源汽车方向人才培养策略探索[J].汽车实用技术，2022，47（08）：172-176.DOI：10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.008.035.

[5]聂枝根，陈峥，王万琼.车辆工程专业智能汽车控制技术方向教改探索[J].高教学刊，2022，8（12）：128-132.DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2022.12.031.

[6]黃超俊，侯苗，窦惠敏，王超，刘存来.汽车人机工程智能虚拟现实验证系统[J].上海汽车，2021（11）：3-13.

[7]洪金龙，高炳钊，董世营，程一帆，王玉海，陈虹.智能网联汽车节能优化关键问题与研究进展[J].中国公路学报，2021，34（11）：306-334.DOI：10.19721/j.cnki.1001-7372.2021.11.025.

[8]刘超群，魏斌，吴晓康，王松岑，徐锦星.电动汽车移动式无线充电技术工程化应用研究[J].电网技术，2019，43（06）：2211-2218.DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2018.2433.