电动汽车驱动系统故障检测与诊断技术研究

刘威

摘 要：电动汽车是当前汽车产业发展的主要趋势，电驱系统在节能、环保以及动力方面具有独特的优势，但是由于电动汽车发展时间不长，驱动系统存在一些故障，基于行驶安全的需要，需要构建检测与诊断技术，以此满足电动汽车产业健康发展的需要。

关键词：电动汽车；驱动故障；检测；诊断技术

电动汽车驱动系统主要采取无刷直流电机和永磁同步电机，基于电动汽车越来越受社会欢迎的现实，完善电驱系统的安全是故障检测与诊断技术发展所面临的主要问题。

故障诊断系统主要包括故障自测试和动态系统在线诊断，通过构建电驱系统故障检测与诊断系统可以提高电动汽车的运行效率，降低故障发生率。

一、电驱动系统主要故障和机理分析

综合分析，电动汽车驱动系统的故障有很多种，基于分析角度的不同，其可以分为多种故障形式，本文主要是基于电动汽车故障的内外因素进行分类，分为自测试和在线诊断故障。自测试主要是按照故障点进行分离，而在线诊断则是通过在线收集信号分离特征量的方式进行诊断。

（一）自测试故障

自测试主要是电驱动系统在启动前对系统进行一个体检，自测试过程属于自上而下的检测模式，其主要是检测各个组件的可用性，其主要包括：芯片故障，比如时钟失效，而导致时钟失效的原因是由于时钟电路损坏而导致芯片失去作用；驱动部分故障。自举驱动结构和独立电源驱动结构是驱动系统的主要电路，他们都需要使用光耦隔离控制信号，而由于电压波动过大而导致光耦出现故障，进而影响驱动系统出现故障；传感器失调。传感器失调主要是由于信号调理电路故障引起的，而信号调理电路故障则是因为受到外界干扰造成的，以温度传感器为例，由于长时间使用导致其老化严重进而造成温度电阻阻值變化引起温度传感器失效。

（二）在线诊断故障

在线诊断故障是避免电动汽车突发性故障而导致汽车产生严重后果的保障，因此基于应对突发故障的考虑，在线诊断应该具有实时性、诊断过程与控制过程互不干扰性的特点。在线诊断故障主要包括：位置传感器偏转误差故障，此种故障多是因为安装、系统震动等造成的，此种故障属于渐进性故障，当其误差超过一定限度之后才会影响到驱动系统的效率；过载故障，过载主要是输出转轴大于额定值，在电机系统中一般都有一个限定的过载能力，如果出现过载现象之后就会造成电机绕组内热积累并使绕组温度提高，从而造成绝缘层出现老化，最终导致电驱系统出现过载故障；系统温度故障，电动汽车驱动系统有很多温度传感器，一般温度故障主要有系统温度差异造成的故障和系统内部工作造成的温度故障，但是无论暗中温度故障都会影响驱动系统的性能。

二、电驱动系统故障检测与诊断技术的方法

（一）自测试方法技术

基于自测试的内容，自测试技术方法主要分为：

1） 电容自测试方法。直流母线部分电路中的电容在自测试中处于动态输出的器件，基于其对母线电容的充电中的输入电流和电压的变化参量，因此可以实现电容故障的检测。基于该部分故障的形式，可以将自测试方法也分为基于故障表征的检测方法和基于参数估计的方法。基于表征的方法相对比较简单，而基于参数估计的方法则需要通过电容的动态输入和输出变量估计电容模型的参数来进行诊断。

2） 电机绕组匝间短路故障的自测试方法。电机匝间短路会引起电抗的变化，基于电机在停止状态下可以向其注入高频正娴电压信号得到电流变化的因素实现对其检测。

（二）在线诊断技术的方法

1） IGBT开路故障的在线诊断技术。IGBT模块是电动汽车驱动系统的重要组成部分，因此GIBT故障检测也一直是驱动系统故障检测研究的重点，IGBT故障主要分为CE极短路和开路故障。目前工业界对IGBT故障的检测主要是检测CE间的电压进行判断，但是此种方法需要结合其他开关管G极的信号进行判断，因此其需要在系统层面完成。本文主要采取三相相电流信号进行Park变换，以此合成定子电流矢量，并且根据矢量行为Lissajous波形以此判断IGBT开路。

2） 电机绕组匝间短路故障的在线诊断技术。匝间短路属于常见的故障之一，基于该故障主要是采取电机端电压、线电流的谐波分析，通过此种方法可以快速的对故障进行检测。例如当电机组匝间发生短路之后，其会表现出某些特定的变化，尤其是电机的三相电流会出现明显的变化。当然短路的匝数越多，该变化量也就越大，进而释放的电流矢量也就会越来越大，因此一般通过检测负序电流就可以判断电机的故障，为了检验该技术的实效性，本文选择一台额定功率为4KW的三相异步电机，并且将电压额定值确定为380V，额定电流为8A，将A进行绕组短路，电机的转速为50、100、150以及200rpm，q轴电流为1、2、3、4A。通过对实验结果数据的分析可以看到当电机绕组匝间出现短路故障的特征非常明显，因此此种检测技术有效。

3） 位置传感器偏转误差故障的在线检测技术。基于输入功率检测的在线监测误差角和实时容错的技术是电动汽车驱动系统位置传感器偏转误差故障检测的主要技术，如果位置转角出现误差那么通过Park算式和Park逆算式计算的转子坐标量和定子坐标量就会出现误差，因此当系统位置传感器发生转角误差时，电机的实际电磁转矩和系统输出功率会发生变化，使得实际输出电磁转矩与计算转矩不符，实际输出功率与正常状态下的输出功率不等，因此通过检测系统输入功率判断其故障是非常准确的。

三、结语

总之，驱动系统是电动汽车的核心，为切实提高电动汽车行驶的安全性，必须要加强对驱动系统故障的检测技术，以此降低驱动系统故障的发生率。通过本文的论述所提出的基于电动车驱动系统的检测技术大大提高了对驱动故障的检修速度，有效规避了各种潜在故障的发生率。

参考文献：

[1] 郑树松，李红梅.电动汽车 PMSM 驱动系统的故障检测.微电机，2013年08期.

[2] 汪小会.现代数字系统故障诊断探索.信息化研究，2011年04期.

[3] 安群涛，孙力，孙立志.三相逆变器开关管故障诊断方法研究进展.电工技术学报，2011年04期.