北京新能源汽車股份有限公司總工程師俞會根發(fā)表了題為《電動汽車故障樹分析》的演講報告,以下是演講報告實錄:
尊敬的各位嘉賓,女士們、先生們早上好,我是來自北汽新能源的俞會根,非常感謝組委會給我這次機會,從去年下半年開始到現(xiàn)在,大家都看到新能源汽車發(fā)展速度非?,在這么一個大好的時機下,對我們來說,我想說我們更應(yīng)該注意一些什么呢?思考一些什么呢?我今天想講的我們更應(yīng)該思考安全性、可靠性,今天我講的主題是電動汽車故障樹的分析。
電動汽車故障樹分析的話,今天我主要講電動汽車著火、爆炸的故障分析,以及高壓故障樹的分析,以及低壓故障樹的分析,三個部分。
電動汽車著火故障樹的分析,總體上來說分成內(nèi)部原因和外部原因兩個分析,內(nèi)部原因一個是高壓,一個是低壓,低壓,傳統(tǒng)車區(qū)別不是很大,但是對于高壓來說,區(qū)別非常大。對于外部原因來說,大家都知道電動汽車像大城市情況都比較復(fù)雜,有一體車庫,如果下面的車著了,上面的車怎么辦?所以包括了直接火燒,另外一個是烘烤,主要考慮幾個分析,一個是高空跌落,它會達到碰撞的效果。另外就是正面碰,后面的追尾,側(cè)面碰,都會導(dǎo)致電池的變形,所以對于電池來說是擠壓,但是對于車來說是碰撞了。拖底,這跟擠壓也有關(guān)系,比如說特斯拉快速跑的過程當中,把整個電池箱切開,這個就是跟擠壓有區(qū)別的。最后一個就是浸水,全浸,我們目前還沒有發(fā)現(xiàn)電池會著火的,半浸有著火的。這是目前大概的情況,所以從電動汽車著火的故障樹分析的話,我們分成了內(nèi)部原因和外部原因這兩塊。
接下來針對高壓故障樹這一塊來說,也分了一下,大概這么一個情況,從總體上來說,每一個高壓零部件都存在高壓的分析,包括零部件的故障,一個是鋰離子電池系統(tǒng),一個是驅(qū)動電機,一個是逆變器,一個是DC/DC,一個是BOX故障,一個是PTC,還有夏天用的空調(diào)A/C,還有車載充電機,還有快充。針對這些來說,一旦在高壓,比如說在短路,在失效這個前提下,都有導(dǎo)致著火的風(fēng)險。針對這些高壓部件,有很多的線束連接起來,有短路可能等等,都有可能導(dǎo)致失效。
這個跟我們關(guān)系更大一些,鋰離子電池系統(tǒng),電池包會出現(xiàn)故障,有電池包過熱,冷卻系統(tǒng)故障,過熱保護控制故障,熱管理設(shè)計缺陷。電池包過熱的故障一會兒再看。針對冷卻系統(tǒng)故障有散熱,散熱口以及散熱口堵塞。對于過熱的話,有溫度傳感器,以及軟硬件的故障等等,以及溫度傳感器帶來的故障。
電池包發(fā)熱,這是下一個,對于電池包發(fā)熱來說的話,有電量過大,有過重,有電池包損壞,包括端子,包括強度等等,當然包括殘次品,殘次品我們還是有辦法控制的,所以放到了最后。
下面對于電池包里面的單體電池故障,第一個是電解液泄露,一個是內(nèi)部短路,一個是反復(fù)的過放,一個是熱管理設(shè)計缺陷。電解液泄露大家都知道,咱們國內(nèi)最早出現(xiàn)一個著火事件,后來分析認為是電解液泄露,但是其實從目前看的話,因為著火三個條件,一個是溫度,一個是可燃物,一個是氧氣。所以如果整個電池系統(tǒng)內(nèi)部要是有電解液泄露,而且局部過熱的時候,它確實有著火的風(fēng)險。短路這塊我覺得在座的各位都比我要更專業(yè)。這里頭我們也大概分了一下,對于反復(fù)過放這一塊,電動汽車是全壽命周期,所以如果多次過放的時候,它一樣會導(dǎo)致著火的可能性,這個我們已經(jīng)做了實驗,而且確實有這個風(fēng)險。
這個主要講BMS故障,一個是BMS過熱,本身的過熱,另外一個BMS的熱管理設(shè)計,BMS過熱也包括電流,也包括連接點的接觸,以及連接點的解決方案。針對電流過熱的話,一會兒專門再做一些解釋。
這個是繼電器的故障,如果繼電器發(fā)生故障會出現(xiàn)什么情況呢?一個是繼電器發(fā)熱,繼電器發(fā)熱的時候,它有可能會導(dǎo)致失效,這個原因會有比如說承載電流的大小設(shè)計,線圈的焦糊,觸點的污染,所以對于整個電池系統(tǒng)內(nèi)部,有的時候我們說它也是需要保持一定的潔凈度的。
這個是預(yù)充電電阻,這個比較簡單,如果設(shè)計合理的話,這個應(yīng)該問題不是特別大,但是這里頭可能需要考慮幾個方面,一個是線圈會不會焦糊,包括承載力,比如說允許的電流的大小。
這頁主要是不配線故障,主要包括兩個方面,一個是過熱,一個是電火花。過熱的話,針對內(nèi)部高壓配線發(fā)熱,包括比如說可承載的電流大小設(shè)計不足,電流過大這兩個方面的原因。電火花這塊一個是絕緣,一個是導(dǎo)體固定件的損壞,以及異物的混入。
下面針對整車的工況,比如要求十年二十公里,對整車的震動、顛簸的工況下這種實效的可能性。
這主要講的是電池?zé)峁芾矸矫娴墓收希粋是電路板發(fā)熱,一個是熱管理設(shè)計的缺陷。電路板發(fā)熱,設(shè)計的容量不足了等等。
這頁主要講的電流過大,一個是放電電流過大,一個是高壓的電路短路。放電電流過大,主要是電流限制控制和VCU電流限制控制故障。對于高壓電路短路這一塊,主要就是異物混入。
驅(qū)動電機故障,大家知道電動汽車里頭動力完全地來自于驅(qū)動電機,所以電池主要供給的是驅(qū)動電機,進行驅(qū)動,所以驅(qū)動電機里頭包括驅(qū)動電機過熱,過熱保護不良,以及熱管理設(shè)計缺陷。驅(qū)動電機過熱主要包括驅(qū)動電機發(fā)熱和冷卻,因為電機里頭一般是有電纜系統(tǒng)或者風(fēng)冷系統(tǒng)。過熱保護不良,像驅(qū)動電機過熱保護控制故障,因為一般來說,發(fā)熱溫度升高,我一般是降功率,如果我降功率降得不夠,這個溫度一直會往上升,所以針對這個策略也是非常重要的,包括溫度傳感器,如果出了問題意味著我所有的監(jiān)測失效。
這個是驅(qū)動電機故障,針對驅(qū)動電機發(fā)熱這塊又做了一個故障樹的分析,包括機械的,包括電流的,包括短路的。機械故障包括潤滑,箱體變形,在全生命周期內(nèi),包括葉輪。然后電流過大主要是逆變器控制方面的故障。然后高壓電路短路這塊,可以看到是絕緣,固定以及異物這方面。所以對于這塊來說,對于電機這塊,整體上來說應(yīng)該是要做到防水、防塵。
這個是驅(qū)動電機逆變器,相當于把我的直流電通過逆變給電機的這么一個裝置,叫逆變器,它跟電機應(yīng)該有類似,一個是過熱,一個是過熱保護,還有一個是過熱的設(shè)計。
這個是逆變器發(fā)熱,一個是電流過大,一個是短路,相關(guān)的故障樹往下分解的話,一個是控制的問題,一個是絕緣,一個是固定,一個是異物混入。
這個是DC/DC,對于整個汽車來說,因為我有高壓的,我有低壓的,現(xiàn)在鉛酸電池以前都是有發(fā)電機直接發(fā)電進行供電,現(xiàn)在我沒有了發(fā)電機,所以把高壓通過DC/DC確保能夠正常供電,這個也會發(fā)生相應(yīng)的故障,包括變頻器,包括過熱法戶,包括設(shè)計。
這個也涉及到DC/DC的發(fā)熱,一個是電流過大,一個是高壓短路。因為整個新能源汽車會做一個集成,叫高壓盒,一般會把繼電器,我會把保險集成到這個里頭,這個里頭也有可能會發(fā)生故障。
這個是針對繼電器的故障,涉及到繼電器發(fā)熱,一個是熱設(shè)計,繼電器包括欠缺,包括承載電流,包括接觸的污染故障。
這個是快充繼電器故障,一般來說跟前面的繼電器也差不多,包括線圈,包括可承載的電流,包括接點污染。
這個是內(nèi)部配線,整個高壓盒內(nèi)部也要配線,跟前面的有點相似,也不再說了。這個是針對電流過大這一塊,分成了下面幾個方面,一個是變壓器電流過大,一個是DC/DC變頻器電流過大,一個是充電螺栓電流過大,以及承載充電器,A/C、PTC以及高壓電路短路,都有可能會導(dǎo)致電流過大。
這個是PTC加熱,PTC加熱的話,其實現(xiàn)在一般包括兩個方面,現(xiàn)在有整車的PTC加熱,另外一個PTC加熱放在電池包里頭,給整個動力電池系統(tǒng),在低溫條件下供加熱用的。針對這個PTC加熱的話,一個是PTC加熱過熱,以及過熱保護不良這幾個方面。
這個是PTC加熱器本身的故障,包括電流過大,以及高壓短路,電流過大的話包括加熱器調(diào)節(jié)電流控制故障,PTC電加熱器故障。高壓電路短路包括絕緣,導(dǎo)體,異物。絕緣主要是跟選的零部件質(zhì)量有關(guān),固定主要跟安裝的工藝有關(guān)。
針對散熱不良,一個是加熱器液體,一個是加熱器循環(huán)這兩塊。加熱器如果提示液體不足了,加熱有的時候有會異常,如果提示循環(huán)異常了,哪個地方堵了,也有可能會導(dǎo)致異常。包括泵出來文獻,也一樣會導(dǎo)致散熱故障。
這個是空調(diào),針對空調(diào)故障的話,也包括A/C的壓縮機過熱,然后保護不良,以及設(shè)計方面的缺陷。A/C比如說壓縮機發(fā)熱,散熱,設(shè)計不足,以及壓縮機過熱保護控制故障,溫度傳感器故障,有的是傳感器固定不當,有會導(dǎo)致溫度測量的偏差的出現(xiàn)。
這個是A/C壓縮機發(fā)熱,一個是機械性故障,一個是電流,一個是高壓短路的故障。這個跟傳統(tǒng)車基本上相似。
這個是車載充電機,包括車載充電機過熱,包括保護,包括設(shè)計缺陷。這個是針對車載充電機發(fā)熱,一個是電流過大,一個是高壓的短路。短路的話還是這三個方面,絕緣、固定以及異物。
這個是快充故障,相當于是個地面充電機,在車上其實只有一個接口,充電機是地面的,所以針對這個主要是考慮一個是快充口,另外一個保護,因為連接了導(dǎo)線,過熱的話,包括地面充電機保護不良的話,對我的車也是有影響。
這個是快充發(fā)熱,也包括電流過大,以及短路。
這是最后一點,低壓的故障,基本上跟咱們原先的傳統(tǒng)車差不多,但是總體上來說,這兒沒有展開,包括保險絲,包括繼電器,也包括整車控制器,包括轉(zhuǎn)向,包括制動,包括門窗,包括后視鏡折彎,包括照明,喇叭等等。12V電源更多比如說線路老化短路導(dǎo)致的故障。
這是我想說的對于電動汽車到目前為止,比如說出現(xiàn)不安全的大概的故障樹梳理了一下,里面有好多內(nèi)容差不多的,包括故障,包括過熱。從目前來看,對于電動汽車來說更多的關(guān)注是兩條,一個是連接不可靠,另外一個是電池的內(nèi)部短路,如果把這兩塊做好,包括像碰撞,像浸水這些,我們都可以有所掌控。我的匯報完了,謝謝大家!
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