◆文/山東 劉春暉

五、動(dòng)力系統(tǒng)常見故障及處理方法

1.動(dòng)力電池系統(tǒng)

電動(dòng)汽車中高壓系統(tǒng)的功能是確保整車系統(tǒng)動(dòng)力電能的傳輸，并隨時(shí)檢測(cè)整個(gè)高壓系統(tǒng)的絕緣故障、斷路故障、接地故障和高壓故障等，負(fù)擔(dān)著確保整車設(shè)備和人員安全的首要任務(wù)，也是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)之一。

電動(dòng)汽車的主要部件——?jiǎng)恿﹄姵叵到y(tǒng)屬于高壓部件，其設(shè)計(jì)的好壞直接影響著整車安全性及可靠性，動(dòng)力電池的安裝位置如圖4所示。

圖4 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的安裝位置

動(dòng)力電池系統(tǒng)的故障診斷及處理十分必要。動(dòng)力電池系統(tǒng)故障按照故障發(fā)生的部位可以分為三類，即單體電池故障、電池管理系統(tǒng)故障、線路或連接件故障。

(1)單體電池故障

單體電池的故障包括三種。

①第一種故障：電池性能正常，無需更換，對(duì)應(yīng)故障有單體電池SOC(荷電狀態(tài))偏低和單體電池SOC偏高。如果單體電池SOC偏低，則該電池在汽車行駛過程中，電壓最先達(dá)到放電截止電壓，使得電池組實(shí)際容量降低，應(yīng)對(duì)該單體電池進(jìn)行補(bǔ)充充電。如果單體電池SOC偏高，則該電池在充電末期最先達(dá)到充電截止電壓，影響充電容量，需對(duì)該單體電池進(jìn)行單獨(dú)補(bǔ)充放電。

②第二種故障：電池性能衰退嚴(yán)重，應(yīng)立即更換，對(duì)應(yīng)故障有單體電池容量不足和單體電池內(nèi)阻偏大。在電池組中，最小的單體電池容量會(huì)限制整個(gè)電池組的容量，因此發(fā)生單體電池容量不足故障會(huì)影響車輛續(xù)駛里程。鋰離子電池內(nèi)阻如果過大，會(huì)嚴(yán)重影響電池的電化學(xué)性能，如充放電過程中的極化嚴(yán)重、活性物質(zhì)利用率低、循環(huán)性能差等。

③第三種故障：電池影響行車安全，對(duì)應(yīng)故障包括單體電池內(nèi)部短路；單體電池外部短路；單體電池極性裝反。在強(qiáng)振動(dòng)下鋰離子電池的極耳、極片上的活性物質(zhì)、接線柱、外部連線和焊點(diǎn)可能會(huì)折斷或脫落，造成單體電池內(nèi)部短路或者外部短路故障。

通常情況下，造成單體電池前兩種故障的原因可能包括兩個(gè)：一是動(dòng)力電池成組時(shí)單體電池的SOC、容量、內(nèi)阻本身就存在差異；二是單體電池在成組應(yīng)用過程中因?yàn)閼?yīng)用環(huán)境差異(如溫度、充放電電流)造成差異增加，加劇單體電池的不一致性。

(2)電池管理系統(tǒng)故障

電池管理系統(tǒng)對(duì)于保障電池組的安全及使用壽命，最大限度發(fā)揮電池系統(tǒng)效能具有重要作用。電池管理系統(tǒng)通常對(duì)單體電壓、總電壓、總電流和溫度等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控采樣，并將實(shí)時(shí)參數(shù)反饋給整車控制器。電池管理系統(tǒng)除了對(duì)電池性能參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控、實(shí)施電性能管理以外，還具有以熱管理為主的應(yīng)用環(huán)境管理功能，實(shí)施對(duì)電池的加熱和冷卻，確保電池的良好應(yīng)用環(huán)境溫度以及溫度場(chǎng)的一致性。若電池管理系統(tǒng)發(fā)生故障，就失去了對(duì)電池的監(jiān)控，不能估計(jì)電池的SOC，容易造成電池的過充、過放、過載、過熱以及不一致性問題的增加，影響電池的性能、使用壽命和行車安全。

電池管理系統(tǒng)故障包括CAN通信故障、總電壓測(cè)量故障、單體電壓測(cè)量故障、溫度測(cè)量故障、電流測(cè)量故障、繼電器故障、加熱器故障和冷卻系統(tǒng)故障等。

(3)線路或連接件故障

線路或連接件故障的診斷對(duì)于確保行車安全和整車的可靠性同樣重要。例如，因?yàn)檐囕v的振動(dòng)，電池間的連接螺栓可能會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)，電池間接觸電阻增大，發(fā)生電池間虛接故障，以致電池組內(nèi)部能量損耗增加，造成車輛動(dòng)力不足和續(xù)駛里程短。在極端情況下還能引起高溫，產(chǎn)生電弧，熔化電池電極和連接片，甚至造成電池著火等極端電池安全事故。

在電動(dòng)汽車運(yùn)行過程中，單體電池之間可能發(fā)生相對(duì)跳動(dòng)，造成兩電池間的連接片折斷。電池箱和電動(dòng)汽車的電氣連接處也是故障的高發(fā)點(diǎn)，電插接器在經(jīng)歷長時(shí)間振動(dòng)后容易產(chǎn)生虛接，出現(xiàn)易燒蝕、接觸不良等故障。

動(dòng)力電池系統(tǒng)常見故障及處理方法見表4。

2.電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障主要分為電動(dòng)機(jī)故障與電動(dòng)機(jī)控制器故障。

如圖5所示，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)是電能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)車輛驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵部件，是典型的機(jī)電混合體。電動(dòng)機(jī)故障涉及因素較多，如電路系統(tǒng)、磁路系統(tǒng)、絕緣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)以及通風(fēng)散熱系統(tǒng)等。任何一個(gè)系統(tǒng)工作不良或其相互之間配合不好均會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，所以，電動(dòng)機(jī)故障要比其他設(shè)備的故障更復(fù)雜，電動(dòng)機(jī)故障診斷所涉及的技術(shù)范圍更廣。此外，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行還與其負(fù)載情況、環(huán)境因素有關(guān)。電動(dòng)機(jī)在不同狀態(tài)下運(yùn)行，表現(xiàn)出的故障狀態(tài)各不相同，這進(jìn)一步增加了電動(dòng)機(jī)故障診斷的難度。通常而言，電動(dòng)機(jī)的故障可分為機(jī)械故障與電氣故障。機(jī)械方面的主要故障有定子鐵芯損壞、轉(zhuǎn)子鐵芯損壞、軸承損壞和轉(zhuǎn)軸損壞，其故障原因?yàn)橛烧駝?dòng)、潤滑不充分、轉(zhuǎn)速過高、靜載過大、過熱而引起的磨損、壓痕、腐蝕、電蝕和開裂等。電氣方面的故障則主要是定子繞組故障與轉(zhuǎn)子繞組故障，故障原因包括電動(dòng)機(jī)繞組接地、短路、斷路、接觸不良和鼠籠斷條等。

圖5 驅(qū)動(dòng)電機(jī)

表4 動(dòng)力電池系統(tǒng)常見故障及處理方法

因?yàn)槠骷旧淼慕Y(jié)構(gòu)和物理特性以及相互間的電磁兼容性問題，電動(dòng)機(jī)控制器故障也成為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因。電動(dòng)機(jī)控制器的故障主要包括以下幾類：IGBT故障、輸入電源線和接地線故障、整流二極管短路、直流母線接地錯(cuò)誤、直流側(cè)電容短路、晶閘管短路、溫度超限報(bào)警、相電流過流、過電壓以及欠電壓等高壓電氣系統(tǒng)故障。電機(jī)控制器(圖6)是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的“大腦”，接受來自整車VCU控制信號(hào)，同時(shí)完成動(dòng)力電池輸出直流電壓到交流電壓的逆變過程以及能量回收交流電壓到直流電壓的整流過程，主電動(dòng)機(jī)控制器常見故障及處理方法見表5。電動(dòng)機(jī)常見故障及處理方法見表6。

表6 電動(dòng)機(jī)常見故障及處理方法

(全文完)