電動汽車故障樹分析：關于安全性與可靠性的思考
時間:2015-11-12 10:11來源:中國電池網 作者:西顧
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北京新能源汽車股份有限公司總工程師俞會根發表了題為《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在，大家都看到新能源汽車發展速度非常快，在這么一個大好的時機下，對我們來說，我想說我們更應該注意一些什么呢？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，總體上來說分成內部原因和外部原因兩個分析，內部原因一個是高壓，一個是低壓，低壓，傳統車區別不是很大，但是對于高壓來說，區別非常大。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，側面碰，都會導致電池的變形，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別的。最后一個就是浸水，全浸，我們目前還沒有發現電池會著火的，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，一個是驅動電機，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，都有導致著火的風險。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，都有可能導致失效。
這個跟我們關系更大一些，鋰離子電池系統，電池包會出現故障，有電池包過熱，冷卻系統故障，過熱保護控制故障，熱管理設計缺陷。電池包過熱的故障一會兒再看。針對冷卻系統故障有散熱，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。
電池包發熱，這是下一個，對于電池包發熱來說的話，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，一個是內部短路，一個是反復的過放，一個是熱管理設計缺陷。電解液泄露大家都知道，咱們國內最早出現一個著火事件，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內部要是有電解液泄露，而且局部過熱的時候，它確實有著火的風險。短路這塊我覺得在座的各位都比我要更專業。這里頭我們也大概分了一下，對于反復過放這一塊，電動汽車是全壽命周期，所以如果多次過放的時候，它一樣會導致著火的可能性，這個我們已經做了實驗，而且確實有這個風險。
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，如果繼電器發生故障會出現什么情況呢？一個是繼電器發熱，繼電器發熱的時候，它有可能會導致失效，這個原因會有比如說承載電流的大小設計，線圈的焦糊，觸點的污染，所以對于整個電池系統內部，有的時候我們說它也是需要保持一定的潔凈度的。
這個是預充電電阻，這個比較簡單，如果設計合理的話，這個應該問題不是特別大，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，針對內部高壓配線發熱，包括比如說可承載的電流大小設計不足，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。
這主要講的是電池熱管理方面的故障，一個是電路板發熱，一個是熱管理設計的缺陷。電路板發熱，設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。
驅動電機故障，大家知道電動汽車里頭動力完全地來自于驅動電機，所以電池主要供給的是驅動電機，進行驅動，所以驅動電機里頭包括驅動電機過熱，過熱保護不良，以及熱管理設計缺陷。驅動電機過熱主要包括驅動電機發熱和冷卻，因為電機里頭一般是有電纜系統或者風冷系統。過熱保護不良，像驅動電機過熱保護控制故障，因為一般來說，發熱溫度升高，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測失效。
這個是驅動電機故障，針對驅動電機發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，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，整體上來說應該是要做到防水、防塵。
這個是驅動電機逆變器，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計。
這個是逆變器發熱，一個是電流過大，一個是短路，相關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，現在鉛酸電池以前都是有發電機直接發電進行供電，現在我沒有了發電機，所以把高壓通過DC/DC確保能夠正常供電，這個也會發生相應的故障，包括變頻器，包括過熱法戶，包括設計。
這個也涉及到DC/DC的發熱，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生故障。
這個是針對繼電器的故障，涉及到繼電器發熱，一個是熱設計，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。
這個是內部配線，整個高壓盒內部也要配線，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，都有可能會導致電流過大。
這個是PTC加熱，PTC加熱的話，其實現在一般包括兩個方面，現在有整車的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，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節電流控制故障，PTC電加熱器故障。高壓電路短路包括絕緣，導體，異物。絕緣主要是跟選的零部件質量有關，固定主要跟安裝的工藝有關。
針對散熱不良，一個是加熱器液體，一個是加熱器循環這兩塊。加熱器如果提示液體不足了，加熱有的時候有會異常，如果提示循環異常了，哪個地方堵了，也有可能會導致異常。包括泵出來文獻，也一樣會導致散熱故障。
這個是空調，針對空調故障的話，也包括A/C的壓縮機過熱，然后保護不良，以及設計方面的缺陷。A/C比如說壓縮機發熱，散熱，設計不足，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，有會導致溫度測量的偏差的出現。
這個是A/C壓縮機發熱，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，包括設計缺陷。這個是針對車載充電機發熱，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，比如說出現不安全的大概的故障樹梳理了一下，里面有好多內容差不多的，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注是兩條，一個是連接不可靠，另外一個是電池的內部短路，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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