一種用于新能源汽車電機繞組測溫的NTC熱敏電阻

周斌

摘 要：文章首先闡述了NTC熱敏電阻的定義、特點和性能，然后著重介紹了一只NTC熱敏電阻失效的案例分析，最后匯總說明了NTC熱敏電阻常見的故障點及排查方法。

關(guān)鍵詞：新能源;繞組測溫;熱敏電阻

中圖分類號：U469.7 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）05-23-04

Abstract： This paper first describes the definition， characteristics and performance of NTC thermistor， then focuses on the analysis of a case of NTC thermistor failure， and finally summarizes the common failure points and troubleshooting methods of NTC thermistor.

Keywords： New energy; Winding temperature measurement; Thermistor

1 前言

隨著大氣污染和能源危機的加重，新能源電動汽車因其低碳、環(huán)保的特點，逐漸成為汽車行業(yè)未來發(fā)展的趨勢。電機作為新能源電動汽車的動力源泉，其可靠性關(guān)系到電動汽車是否能夠長期穩(wěn)定運行。繞組故障在電機各種售后故障中的占比很高，降低電機繞組故障率，可以很大程度的提高電機的可靠性。繞組故障多由于機械卡死、暫時性過負荷下控制器誤動作或動作滯后等原因造成電機繞組過溫，最終導(dǎo)致繞組絕緣失效、甚至繞組燒毀。在電機繞組中埋置測溫元件，對電機繞組的溫度進行有效監(jiān)控，對繞組過溫提前預(yù)警，是一種電機繞組保護行之有效的方法。埋置測溫元件的方法目前已廣泛用于電機繞組的過溫保護。本文所介紹的熱敏電阻器是一種測量電機繞組溫度的負溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）。

1.1 NTC熱敏電阻器的定義、特點

熱敏電阻器的首要特性是隨著阻體溫度的變化，電阻值呈現(xiàn)顯著變化的熱敏感半導(dǎo)體電阻器。當溫度升高時，電阻值下降的熱敏電阻器，即為負溫度系數(shù)熱敏電阻器。

NTC熱敏電阻器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長、可靠性高等特點，因此其被廣泛應(yīng)用于新能源汽車電機的繞組測溫中。

1.2 NTC熱敏電阻的性能

NTC熱敏電阻R-T特性的近似表達式：

R—在絕對溫度T下的零功率電阻值;

Ra—在絕對溫度Ta下的零功率電阻值;

Rb—在絕對溫度Tb下的零功率電阻值;

B—熱敏指數(shù);Ta=298.15K;Tb=358.15K。

NTC熱敏電阻的典型電阻-溫度特性（圖1）：

從上述公式和圖1中可以看出：在限定溫度范圍內(nèi)，NTC熱敏電阻的電阻對數(shù)隨溫度升高而幾乎呈線性降低。

2 NTC熱敏電阻失效的案例分析

2.1 故障現(xiàn)象

某后臺監(jiān)測到某車輛電機繞組溫度報警（三級報警，電機上報溫度大于180℃），服務(wù)商隨即聯(lián)系客戶，并安排客戶車輛進服務(wù)站檢查。

客戶反饋：車輛行駛中，儀表提示“混合動力系統(tǒng)故障，功能受限”，且車速只能在20～40km/h行駛。

服務(wù)人員排查車輛故障：車輛在AUTO模式、掛D檔且檔位無切換、踩油門時，儀表提示“混合動力系統(tǒng)故障，功能受限”，檢測MCU內(nèi)報“P0A2A1C 電機溫度傳感器故障”（圖2）。

2.2 外觀檢查

對故障NTC進行目視檢查，其外觀無損傷情況。玻璃球處兩焊接引線不平齊（圖3），不符合設(shè)計要求。

2.3 性能檢測

用萬用表檢測故障NTC的直流電阻值（圖4）：當熱縮套管自由狀態(tài)時，NTC直流電阻值為8.05kΩ，電阻值正常;當彎折熱縮套管時，NTC直流電阻值顯示為超量程，電阻值異常。

2）用NTC專用檢測設(shè)備，檢測故障NTC性能：當熱縮套管自由狀態(tài)時，NTC直流電阻值正常;當彎折熱縮套管時，NTC直流電阻值為381523.28Ω，電阻值異常（圖5）。

2.4 X射線檢測

對故障NTC進行X射線掃描檢測（圖6），未見異常。

2.5 剖切焊接點

剖切故障NTC焊接點部位，將NTC剖切為兩部分。一部分是玻璃球，另一部分是引線。

此時，用萬用表檢測玻璃球的直流電阻值為7.18kΩ，電阻值正常（圖7）;觀察引線部分，發(fā)現(xiàn)一根引線從熱縮套管中松脫，另一根引線與熱縮套管固定牢固（圖8）。

2.6 焊點切片分析

分別對故障NTC和完好的NTC的焊點部位進行切片處理（圖9），發(fā)現(xiàn)故障NTC比完好的NTC的引線剖面分散，并有分離跡象。

2.7 小結(jié)

經(jīng)過上述分析，得出如下結(jié)論：熱縮套管對故障NTC的一根引線未能起到保護作用，引線受到外力作用，焊點出現(xiàn)虛接的情況，最終導(dǎo)致NTC失效。

2.8 故障預(yù)防

2.8.1 故障預(yù)防措施

1）分析NTC引線在制成、轉(zhuǎn)運、裝配等過程中的受力情況，以期避免NTC引線遭受外力。此種方法涉及的工序眾多，改善周期長、改善成本高，因此暫不予以考慮。

2）提升NTC焊點處的承受外力能力。此種方法容易實現(xiàn)，周期短、成本基本無變化。所以下文詳述此種方法。

2.8.2 提升NTC焊點承受外力能力

2.8.2.1 焊點承受外力（無熱縮套管）

選取5只已焊完引線，未套熱縮套管的NTC（圖10）。利用測力計對測試件，進行焊點處承受外力測試（圖11），測試直至引線或焊點斷開為止。

2.8.2.2 焊點承受外力（有熱縮套管）

NTC測溫部位，由兩種熱縮套管固定、防護，其示意圖如圖12：

選取完好的、有熱縮套管的、熱縮套管裝配狀態(tài)不同的NTC組件，對其進行承受外力測試（圖13）。測試結(jié)果（表2）：

從測試結(jié)果可以得出結(jié)論：

大熱縮套管超出小熱縮套管的方案，

對于提升NTC焊點處的承受外力效果明顯，并且大熱縮套管超出小熱縮套管的長度越長，對NTC焊點處的承受外力能力提升越大。

3 NTC熱敏電阻的故障點及排查

3.1 NTC熱敏電阻的故障點

通常NTC熱敏電阻可靠性非常高，但是難免會有一些制造、工藝、環(huán)境等問題造成其失效，故障點如下：

1）熱敏電阻引線短路或斷路;

2）熱敏電阻焊點虛焊、脫焊;

3）熱敏電阻引線與插針虛接;

4）熱敏電阻的玻璃球碎裂。

3.2 NTC熱敏電阻的故障排查方法

需要排查NTC熱敏電阻是否故障時，通常簡便的檢測方法如下：

1）用歐姆表（兆歐檔）測量NTC熱敏電阻的直流電阻值，電阻值需符合規(guī)范要求;

2）用兆歐表（DC 500V）測量NTC熱敏電阻對地絕緣電阻值，電阻值需大于10MΩ。

4 結(jié)語

通過對電機繞組溫度的有效監(jiān)控，可以大幅提升電機的運行壽命，對電機長期、穩(wěn)定的運行具有重要意義。NTC熱敏電阻以其優(yōu)異的性能，正在新能源汽車電機繞組測溫領(lǐng)域綻放光彩。

參考文獻

[1] GB/T 6663.1-2007.直熱式負溫度系數(shù)熱敏電阻器第1部分：總規(guī)范.