◆文/山東 劉春暉

五、動(dòng)力系統(tǒng)常見(jiàn)故障及處理方法

1.動(dòng)力電池系統(tǒng)

電動(dòng)汽車(chē)中高壓系統(tǒng)的功能是確保整車(chē)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(chē)設(shè)備和人員安全的首要任務(wù)，也是電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)之一。

電動(dòng)汽車(chē)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(chē)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(chē)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(lèi)，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(wú)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(chē)行駛過(guò)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(chē)輛續(xù)駛里程。鋰離子電池內(nèi)阻如果過(guò)大，會(huì)嚴(yán)重影響電池的電化學(xué)性能，如充放電過(guò)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(chē)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(guò)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(chē)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(guò)充、過(guò)放、過(guò)載、過(guò)熱以及不一致性問(wèn)題的增加，影響電池的性能、使用壽命和行車(chē)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(chē)安全和整車(chē)的可靠性同樣重要。例如，因?yàn)檐?chē)輛的振動(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(chē)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(chē)運(yùn)行過(guò)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(chē)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(zhǎng)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(jiàn)故障及處理方法見(jiàn)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(chē)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(rùn)滑不充分、轉(zhuǎn)速過(guò)高、靜載過(guò)大、過(guò)熱而引起的磨損、壓痕、腐蝕、電蝕和開(kāi)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(jiàn)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(wèn)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(lèi)：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(guò)流、過(guò)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(lái)自整車(chē)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(guò)程以及能量回收交流電壓到直流電壓的整流過(guò)程，主電動(dòng)機(jī)控制器常見(jiàn)故障及處理方法見(jiàn)表5。電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障及處理方法見(jiàn)表6。

表6 電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障及處理方法

(全文完)