新能源汽車驅動電機及控制技術故障分析與處理探索

摘 要：現(xiàn)代社會發(fā)展，使得汽車成為人們生產(chǎn)生活重要交通工具，其中新能源汽車的出現(xiàn)與應用，可以很大程度上降低能源消耗，起到保護環(huán)境作用。分析新能源汽車可知，為達到節(jié)能環(huán)保目的，需要多項技術支撐汽車運行，其中電機驅動控制技術是典型代表。對此，文章從新能源汽車及其優(yōu)缺點出發(fā)，明確新能源汽車驅動電機種類，并分析新能源汽車電機驅動控制技術，在此基礎上，深入探究了新能源汽車驅動電機控制技術故障，并提出了具體解決方法，希望通過此次探究可以提高電機驅動控制技術水平，保證新能源汽車運行減少此類故障問題。

關鍵詞：新能源汽車 驅動電機 控制技術 故障 處理方法

1 引言

分析新能源汽車可知，其中電機驅動系統(tǒng)控制技術發(fā)揮著重要作用，該技術應用質量會直接影響新能源汽車使用效果。目前，新能源汽車作為新生事物，各類技術還尚有不足，電機驅動控制技術仍在不斷優(yōu)化、完善中。對此，本文主要結合實際情況，分析新能源汽車驅動電機及控制技術故障，并找出科學有效的處理方法，致力于提高電機驅動控制技術水平，助力新能源汽車穩(wěn)定運行，持續(xù)性發(fā)展。

2 新能源汽車及優(yōu)缺點分析

新能源汽車不同于傳統(tǒng)汽車運行方式，其運行動力主要來自電能、太陽能，改變以往汽車依靠石油等不可再生資源作為運行動力的局面，減少環(huán)境污染。根據(jù)新能源汽車應用實踐看，既有優(yōu)勢，也有缺點。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在，改變以往汽車使用不可再生資源作為動力的局面，整個汽車在正常行駛過程中，不會污染環(huán)境，并且汽車行駛安全性能較高，噪音更小。而缺點也非常明顯，主要體現(xiàn)在技術層面，主要是因為當前新能源汽車各項技術還不成熟，市場也處于起步發(fā)展階段，特別是電池技術方面，續(xù)航能力和傳統(tǒng)燃油汽車相比，明顯不足。此外，新能源汽車中各類電路、電機設備器件，非常復雜，如果汽車出現(xiàn)故障，會耗費大量時間、精力檢修。

3 新能源汽車驅動電機種類

3.1 異步電動機

異步電動機，分析其工作原理可知，主要就是利用氣隙旋轉磁場和轉子繞組感應電流之間的作用力，獲得相應的電磁轉矩，進而將機電能量進行轉換，使之成為機械能量，屬于一種交流電動機。異步電動機在實際應用中，不僅堅固耐用、運行可靠，而且結構簡單、轉矩平穩(wěn)性較強，具有較高轉速，諸多優(yōu)點使得異步電動機廣泛應用于新能源汽車中。

3.2 直流電動機

直流電動機主要利用定子繞組獲得相應的磁場，而后將直流電通入到轉子繞組中，并在換向裝置作用下，改變繞組內(nèi)電流方向，從而使得轉子繞組一直處于固定方向電磁轉矩。分析直流電動機應用特點可知，由于具有較好的調(diào)速性能，所以能夠進行均勻、平滑無極調(diào)速，并且在實際應用中，可以啟動轉矩大，實現(xiàn)簡單控制，一般常應用于小型電動車輛的電力驅動系統(tǒng)[1]。

3.3 輪轂電動機

在輪轂電動機中，主要就是輪轂內(nèi)融合電動機、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)，屬于一種集成技術，也是目前我國新能源汽車電機驅動新技術之一，具有非常廣闊的市場應用前景。

3.4 永磁同步電動機

分析永磁同步電動機可知，其定子結構和交流異步電動機存在較大相似之處，二者都是以通入交流電的方式獲得旋轉磁場，但對比發(fā)現(xiàn)，永磁同步電動機的轉速和電源頻率保持一致，所以，能夠運用變壓變頻（VVVF）完成調(diào)速，在實際應用中，為了更降低成本，提高控制效果，變壓變頻控制方法得到不錯發(fā)展?？梢哉f，永磁同步電動機已經(jīng)成為當前市場上驅動電動機研發(fā)應用的重點內(nèi)容。

4 新能源汽車電機驅動控制技術

4.1 電機選擇

在新能源汽車研發(fā)過程中，深入分析研究電機驅動技術尤為關鍵。其中最為重要的就是電動機選擇，其作為新能源汽車重要零部件之一，若是電動機本身性能、質量不佳，必然會影響到新能源汽車性能。為此，在選擇電機時，應當結合具體需求，依照相關原則，選擇最佳電動機。

首先，出于新能源汽車綠色化、經(jīng)濟性考慮，應當優(yōu)先考慮性價比高的機型，保證機型與汽車要求相適應。與此同時，也需要考慮到汽車使用者情況，從新能源汽車消費群體、道路狀況等角度出發(fā)，擇選出最為適宜的電動機。此外，為了滿足汽車機構，電動機的機型選擇，應當優(yōu)先選擇重量輕、動力足、體積小的機型，同時也要保證電動機各方面參數(shù)標準符合要求，提高設備精細化程度，因為體積小的電動機，會為汽車拓寬使用空間，進而增加用戶體驗感。其次，在電動機選擇時，還需要考慮到地形，因為地區(qū)不同，對汽車性能要求也不同，為實現(xiàn)汽車良好駕駛，必須保證電動機功率、動力滿足需求。通常情況下，汽車在平原地區(qū)行駛，并不需要較高電動機功率，但若是在泥地、山地等區(qū)域行駛，則需要較高電動機功率要求，所以優(yōu)先考慮高轉速電動機，滿足不同地形需求[2]。最后，對于新能源汽車而言，其最大特點就是環(huán)保，可以降低石油、汽油等能源使用量，但電動機本身具有一定電磁輻射，而這種電磁輻射也會直接影響環(huán)境，造成環(huán)境污染，為此，應當優(yōu)先考慮電磁輻射低的電機。若是上述各類電動機參數(shù)都符合標準要求，建議選擇其中選擇性價比最高的電動機，從而降低汽車使用成本，進一步推廣新能源汽車。

4.2 電機驅動控制器

在電機驅動系統(tǒng)中，電機驅動控制最為其中重要部件之一，主要作用就是運行過程中通過調(diào)節(jié)永磁同步電動機轉速，實現(xiàn)電機驅動系統(tǒng)正常運轉。分析可知，電機驅動控制器在實際運行過程中，由于三相正弦電流和永磁同步電動機有效連接，并且連接角一直處于120°，進而在氣隙位置形成旋轉磁場。所以，在分析電機驅動控制技術過程中，應當關注電機驅動控制器，以此提高系統(tǒng)效用發(fā)揮，更好為新能源汽車運行提供動力支持。

5 新能源汽車驅動電機控制技術故障分析

5.1 驅動電機出現(xiàn)過熱情況

新能源汽車在實際行駛過程中容易產(chǎn)生大量熱量，若是溫度大于40℃，甚至超過60℃，非常容易導致電機漆包線絕緣失效，出現(xiàn)短路、電機燒壞等情況。分析電動車電機過熱故障原因可知：

其一，電機本身發(fā)生內(nèi)部故障。如果電機出現(xiàn)發(fā)熱情況，很有可能和電機匝線故障有關，主要是因為線圈內(nèi)部材質問題，引發(fā)電機動力、起熱度出現(xiàn)較大差別，匝線粗細與發(fā)熱量成負相關，也就是匝線越細，發(fā)熱量越大。此外，由于軸承是滾動重要支撐，如果鋼珠存在較大間隙，定子就會摩擦轉子，產(chǎn)生熱量，當摩擦力不斷增大時，溫度也會隨之升高。

其二，控制器發(fā)生故障。正常情況下，控制器會產(chǎn)生一定熱量，但若是過熱，就必須提高重視。分析控制器可知，主要工作原理就是將電能轉換為電流，以此來調(diào)節(jié)電機速度，若是大電流放電，會直接導致電機溫度升高，引發(fā)控制器故障。

其三，制動系統(tǒng)故障。如果汽車剎車簧發(fā)生斷裂，很難保證剎車片彈到位，剎車簧斷裂，導致剎車片“合攏”，會影響剎車制動出現(xiàn)一種滾動阻力，從而造成電機升溫，引發(fā)故障[3]。

5.2 電機工作溫度監(jiān)測控制系統(tǒng)

分析旋變溫度傳感器作用可知，通過預埋該傳感器在電機線圈（定子）中，可以起到檢測電機線圈溫度作用，避免電機在工作溫度過高而引發(fā)過熱情況。在溫度傳感器作用下，會實時檢測到繞組溫度，當發(fā)現(xiàn)溫度過高時，電機控制器會和網(wǎng)關控制器完成信息聯(lián)動，并且汽車儀表盤上會出現(xiàn)“請檢查動力系統(tǒng)”提示，并且由于功率受限，此時指示燈處于亮起狀態(tài)。若是電機繞組溫度一直處于160℃以上，則 永磁體會出現(xiàn)磁退情況，進而造成車輛加速但毫無反應故障。如表1所示，不同溫度下，溫度傳感器對應的阻值。

以國產(chǎn)品牌新能源秦EV系列車型為例，考慮到我國各地區(qū)氣溫差異較大，為保證汽車可以在-20℃-50℃環(huán)境下，能夠正常充電、行駛，將電池智能熱管理系統(tǒng)應用到該類型車輛中，所謂熱管理系統(tǒng)，主要包含了動力電池、驅動電機冷卻水泵、前電驅動總成、充配電總成、散熱器、散熱器風扇，還有PTC、板式交換器、整車控制器等。由于上述部件主要集中在機艙內(nèi)，并在電池散熱系統(tǒng)中運用了制冷劑，以此來達到降溫目的。PTC主要負責為電池加熱系統(tǒng)進行加熱，而電機、控制器散熱系統(tǒng)則通過冷卻風扇、散熱水箱進行散熱。

5.3 新能源汽車旋變信號故障

分析旋轉變壓器可知，其作為一種信號元件，主要指的就是一種輸出電壓跟隨轉子轉角變化。電機控制系統(tǒng)接收到來自旋轉變壓器輸出的模擬電信號后，通過解碼，實現(xiàn)對車速的改變。在此過程中，旋變傳感器主要作用就是對電機轉速、旋轉方向、電機位置變化情況進行檢測。若是旋變信號無效、丟失，會直接影響汽車正常啟動。在旋轉變壓器中，包含了旋變線圈、信號盤。還是以秦EV系列車型為研究對象，發(fā)現(xiàn)旋變信號故障后，會導致車輛不能正常高壓上電，并且此時儀表燈沒有任何變化，儀表盤會顯示出“請檢查動力系統(tǒng)”提示，汽車不能正常行駛[4]。

6 新能源汽車驅動電機技術故障處理

6.1 設備及安全防護準備

技術人員在處理故障前，需要做好現(xiàn)場設備準備，包括數(shù)字萬用表、道通MS908E汽車故障診斷儀、一體化工量具、萬用接線盒、個人防護套裝。此外，在故障處理操作前，工作人員需要檢查好場地、設備設施情況，確保清潔、無安全隱患，同時，插排、配電箱等也必須達到用電需求。為保證安全性，故障處理技術人員必須穿戴絕緣鞋、安全帽，并在周圍設置明顯的高壓安全警示牌。

6.2 電機溫度過熱故障處理

工作人員啟動秦EV新能源汽車后，檢查發(fā)現(xiàn)儀表盤“OK”燈處于熄滅狀態(tài)，并提示“請檢查動力系統(tǒng)”字樣。為此，檢修人員可以按照以下步驟完成故障處理：

首先，需要先進行故障分析。檢修人員應當先檢查汽車外部情況，包括冷卻液質量、冷卻液位；檢查電機控制器外部高低壓接插件松緊情況，觀察導線有無破損情況；檢修人員還需要對電機、控制器外部進行檢查，主要查看有無滲液情況，管路接頭是否緊固；而電機外部緊固螺釘也是檢查項目之一，檢修人員可以用力擰動，查看其是否出現(xiàn)松動、異響等情況；檢修人員可以觀察散熱水管運轉情況，查看其是否出現(xiàn)機械干澀、異響等問題。通過外部檢查，進行故障排除。

其次，檢修人員需要分析故障原因。對于電機及控制器溫度過熱故障，與驅動電機故障、旋變溫度傳感器故障、驅動電機控制器故障、冷卻控制線路故障、冷卻系統(tǒng)故障等原因存在直接聯(lián)系。為找出主要原因，檢修人員可以在故障排查中，先進行外部直觀檢查，確保不是冷卻系統(tǒng)、線路故障后，再進一步讀取故障碼，找出故障原因。

再次，在故障診斷中，檢修人員通過檢查電機冷卻液，發(fā)現(xiàn)其液位正常；而對于管路、水泵、風扇運轉情況檢查，也發(fā)現(xiàn)處于正常狀態(tài)。在此基礎上，檢修人員連接解碼儀器后，顯示故障碼P1BB200，說明前驅動電機一般過溫告警，若是顯示P1BB298，則證明是前驅動電機嚴重過溫告警，而后檢修人員查看數(shù)據(jù)流電機溫度，顯示為161℃，此溫度已經(jīng)超出正常范圍。接著，檢修人員讓車輛下電，并將低壓蓄電池負極斷開，為保證正確測量出電機溫度傳感器電阻值，需要拆下車輛右前輪，同時拆卸電機驅動器搭鐵，并將驅動電機后端蓋打開，此時，通過測量得到，電機溫度傳感器電阻值為0.9kΩ[5]，此數(shù)值不正常，說明存在故障。

最后，檢修人員需要做好故障排除。這就需要更換溫度傳感器，并重新啟動測量，此時檢查發(fā)現(xiàn)儀表顯示正常，并且車輛可以正常上電，此故障得到解決。

6.3 旋轉變壓器故障處理

還是以秦EV新能源汽車為研究對象，發(fā)生旋轉變壓器故障后，檢修人員按壓啟停開關，發(fā)現(xiàn)測量高壓無法正常上電，并且儀表盤“OK”燈無反應，儀表盤提示“請檢查動力系統(tǒng)”字樣。

按照同樣的故障檢修步驟，工作人員發(fā)現(xiàn)，由于旋變故障主要表現(xiàn)為硬件故障，簡單說，就是旋變傳感器本身線圈繞組、電機控制器存在問題，也可能是旋變傳感器線束、接插件無法正常使用。

為此，檢修人員在完成車輛基本檢查后，可以使用診斷設備，通過連接解碼儀讀取故障碼，發(fā)現(xiàn)顯示出兩個故障碼：P1BBF00、P1BF200，由此可以判斷為旋變故障。而后檢修人員可以做深入檢查，讀取數(shù)據(jù)流、關閉點火開關，斷開低壓蓄電池負極，此時等待三分鐘后，將前電驅動總成后端蓋拆掉，而后測量旋變傳感器插接件的電阻值無窮大，并在繼續(xù)查找中，發(fā)現(xiàn)電機插頭處針腳存在退針情況。針對此，檢修人員可以修復傳感器線束插針排除故障。

7 結語

綜上所述，通過本文以秦EV新能源汽車為例，針對相關故障問題以及處理方法的分析，希望可以為業(yè)內(nèi)人士提供有效參考。

參考文獻：

[1]賴德鵬，王貞仁.新能源汽車電機及控制系統(tǒng)檢修課程的教學設計初探[J].汽車維護與修理，2023（04）：15-18.

[2]任曉勇.新能源汽車與電機驅動控制技術[J].自動化應用，2022（05）：95-97.

[3]劉國棟. 新能源汽車用非對稱組合式永磁磁極驅動電機及控制技術研究[D].山東理工大學，2022.

[4]馬鳴威. 基于永磁同步電機的新能源汽車控制系統(tǒng)研究[D].長春工業(yè)大學，2019.

[5]吳靜波，郭志軍，申彥杰.關于對新能源汽車及電機驅動的控制技術的探析[J].電子技術與軟件工程，2015（18）：249.