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关于电动汽车安全性与可靠性的思考

钜大LARGE  |  点击量:2186次  |  2018年06月06日  

  北京新能源汽车股份有限公司总工程师俞会根发表了题为《电动汽车故障树分析》的演讲报告,以下是演讲报告实录:


   尊敬的各位嘉宾,女士们、先生们早上好,我是来自北汽新能源的俞会根,非常感谢组委会给我这次机会,从去年下半年开始到现在,大家都看到新能源汽车发展速度非常快,在这么一个大好的时机下,对我们来说,我想说我们更应该注意一些什么呢?思考一些什么呢?我今天想讲的我们更应该思考安全性、可靠性,今天我讲的主题是电动汽车故障树的分析。


   电动汽车故障树分析的话,今天我主要讲电动汽车着火、爆炸的故障分析,以及高压故障树的分析,以及低压故障树的分析,三个部分。


   电动汽车着火故障树的分析,总体上来说分成内部原因和外部原因两个分析,内部原因一个是高压,一个是低压,低压,传统车区别不是很大,但是对于高压来说,区别非常大。对于外部原因来说,大家都知道电动汽车像大城市情况都比较复杂,有一体车库,如果下面的车着了,上面的车怎么办?所以包括了直接火烧,另外一个是烘烤,主要考虑几个分析,一个是高空跌落,它会达到碰撞的效果。另外就是正面碰,后面的追尾,侧面碰,都会导致电池的变形,所以对于电池来说是挤压,但是对于车来说是碰撞了。拖底,这跟挤压也有关系,比如说特斯拉快速跑的过程当中,把整个电池箱切开,这个就是跟挤压有区别的。最后一个就是浸水,全浸,我们目前还没有发现电池会着火的,半浸有着火的。这是目前大概的情况,所以从电动汽车着火的故障树分析的话,我们分成了内部原因和外部原因这两块。


   接下来针对高压故障树这一块来说,也分了一下,大概这么一个情况,从总体上来说,每一个高压零部件都存在高压的分析,包括零部件的故障,一个是锂离子电池系统,一个是驱动电机,一个是逆变器,一个是DC/DC,一个是BOX故障,一个是PTC,还有夏天用的空调A/C,还有车载充电机,还有快充。针对这些来说,一旦在高压,比如说在短路,在失效这个前提下,都有导致着火的风险。针对这些高压部件,有很多的线束连接起来,有短路可能等等,都有可能导致失效。


   这个跟我们关系更大一些,锂离子电池系统,电池包会出现故障,有电池包过热,冷却系统故障,过热保护控制故障,热管理设计缺陷。电池包过热的故障一会儿再看。针对冷却系统故障有散热,散热口以及散热口堵塞。对于过热的话,有温度传感器,以及软硬件的故障等等,以及温度传感器带来的故障。


   电池包发热,这是下一个,对于电池包发热来说的话,有电量过大,有过重,有电池包损坏,包括端子,包括强度等等,当然包括残次品,残次品我们还是有办法控制的,所以放到了最后。


   下面对于电池包里面的单体电池故障,第一个是电解液泄露,一个是内部短路,一个是反复的过放,一个是热管理设计缺陷。电解液泄露大家都知道,咱们国内最早出现一个着火事件,后来分析认为是电解液泄露,但是其实从目前看的话,因为着火三个条件,一个是温度,一个是可燃物,一个是氧气。所以如果整个电池系统内部要是有电解液泄露,而且局部过热的时候,它确实有着火的风险。短路这块我觉得在座的各位都比我要更专业。这里头我们也大概分了一下,对于反复过放这一块,电动汽车是全寿命周期,所以如果多次过放的时候,它一样会导致着火的可能性,这个我们已经做了实验,而且确实有这个风险。


   这个主要讲BMS故障,一个是BMS过热,本身的过热,另外一个BMS的热管理设计,BMS过热也包括电流,也包括连接点的接触,以及连接点的解决方案。针对电流过热的话,一会儿专门再做一些解释。


   这个是继电器的故障,如果继电器发生故障会出现什么情况呢?一个是继电器发热,继电器发热的时候,它有可能会导致失效,这个原因会有比如说承载电流的大小设计,线圈的焦糊,触点的污染,所以对于整个电池系统内部,有的时候我们说它也是需要保持一定的洁净度的。


   这个是预充电电阻,这个比较简单,如果设计合理的话,这个应该问题不是特别大,但是这里头可能需要考虑几个方面,一个是线圈会不会焦糊,包括承载力,比如说允许的电流的大小。


   这页主要是不配线故障,主要包括两个方面,一个是过热,一个是电火花。过热的话,针对内部高压配线发热,包括比如说可承载的电流大小设计不足,电流过大这两个方面的原因。电火花这块一个是绝缘,一个是导体固定件的损坏,以及异物的混入。


   下面针对整车的工况,比如要求十年二十公里,对整车的震动、颠簸的工况下这种实效的可能性。


   这主要讲的是电池热管理方面的故障,一个是电路板发热,一个是热管理设计的缺陷。电路板发热,设计的容量不足了等等。


   这页主要讲的电流过大,一个是放电电流过大,一个是高压的电路短路。放电电流过大,主要是电流限制控制和VCU电流限制控制故障。对于高压电路短路这一块,主要就是异物混入。


   驱动电机故障,大家知道电动汽车里头动力完全地来自于驱动电机,所以电池主要供给的是驱动电机,进行驱动,所以驱动电机里头包括驱动电机过热,过热保护不良,以及热管理设计缺陷。驱动电机过热主要包括驱动电机发热和冷却,因为电机里头一般是有电缆系统或者风冷系统。过热保护不良,像驱动电机过热保护控制故障,因为一般来说,发热温度升高,我一般是降功率,如果我降功率降得不够,这个温度一直会往上升,所以针对这个策略也是非常重要的,包括温度传感器,如果出了问题意味着我所有的监测失效。


   这个是驱动电机故障,针对驱动电机发热这块又做了一个故障树的分析,包括机械的,包括电流的,包括短路的。机械故障包括润滑,箱体变形,在全生命周期内,包括叶轮。然后电流过大主要是逆变器控制方面的故障。然后高压电路短路这块,可以看到是绝缘,固定以及异物这方面。所以对于这块来说,对于电机这块,整体上来说应该是要做到防水、防尘。


   这个是驱动电机逆变器,相当于把我的直流电通过逆变给电机的这么一个装置,叫逆变器,它跟电机应该有类似,一个是过热,一个是过热保护,还有一个是过热的设计。   这个是逆变器发热,一个是电流过大,一个是短路,相关的故障树往下分解的话,一个是控制的问题,一个是绝缘,一个是固定,一个是异物混入。


   这个是DC/DC,对于整个汽车来说,因为我有高压的,我有低压的,现在铅酸电池以前都是有发电机直接发电进行供电,现在我没有了发电机,所以把高压通过DC/DC确保能够正常供电,这个也会发生相应的故障,包括变频器,包括过热法户,包括设计。


   这个也涉及到DC/DC的发热,一个是电流过大,一个是高压短路。因为整个新能源汽车会做一个集成,叫高压盒,一般会把继电器,我会把保险集成到这个里头,这个里头也有可能会发生故障。


   这个是针对继电器的故障,涉及到继电器发热,一个是热设计,继电器包括欠缺,包括承载电流,包括接触的污染故障。


   这个是快充继电器故障,一般来说跟前面的继电器也差不多,包括线圈,包括可承载的电流,包括接点污染。


   这个是内部配线,整个高压盒内部也要配线,跟前面的有点相似,也不再说了。这个是针对电流过大这一块,分成了下面几个方面,一个是变压器电流过大,一个是DC/DC变频器电流过大,一个是充电螺栓电流过大,以及承载充电器,A/C、PTC以及高压电路短路,都有可能会导致电流过大。


   这个是PTC加热,PTC加热的话,其实现在一般包括两个方面,现在有整车的PTC加热,另外一个PTC加热放在电池包里头,给整个动力电池系统,在低温条件下供加热用的。针对这个PTC加热的话,一个是PTC加热过热,以及过热保护不良这几个方面。


   这个是PTC加热器本身的故障,包括电流过大,以及高压短路,电流过大的话包括加热器调节电流控制故障,PTC电加热器故障。高压电路短路包括绝缘,导体,异物。绝缘主要是跟选的零部件质量有关,固定主要跟安装的工艺有关。


   针对散热不良,一个是加热器液体,一个是加热器循环这两块。加热器如果提示液体不足了,加热有的时候有会异常,如果提示循环异常了,哪个地方堵了,也有可能会导致异常。包括泵出来文献,也一样会导致散热故障。


   这个是空调,针对空调故障的话,也包括A/C的压缩机过热,然后保护不良,以及设计方面的缺陷。A/C比如说压缩机发热,散热,设计不足,以及压缩机过热保护控制故障,温度传感器故障,有的是传感器固定不当,有会导致温度测量的偏差的出现。


   这个是A/C压缩机发热,一个是机械性故障,一个是电流,一个是高压短路的故障。这个跟传统车基本上相似。


   这个是车载充电机,包括车载充电机过热,包括保护,包括设计缺陷。这个是针对车载充电机发热,一个是电流过大,一个是高压的短路。短路的话还是这三个方面,绝缘、固定以及异物。


   这个是快充故障,相当于是个地面充电机,在车上其实只有一个接口,充电机是地面的,所以针对这个主要是考虑一个是快充口,另外一个保护,因为连接了导线,过热的话,包括地面充电机保护不良的话,对我的车也是有影响。


   这个是快充发热,也包括电流过大,以及短路。


   这是最后一点,低压的故障,基本上跟咱们原先的传统车差不多,但是总体上来说,这儿没有展开,包括保险丝,包括继电器,也包括整车控制器,包括转向,包括制动,包括门窗,包括后视镜折弯,包括照明,喇叭等等。12V电源更多比如说线路老化短路导致的故障。


   这是我想说的对于电动汽车到目前为止,比如说出现不安全的大概的故障树梳理了一下,里面有好多内容差不多的,包括故障,包括过热。从目前来看,对于电动汽车来说更多的关注是两条,一个是连接不可靠,另外一个是电池的内部短路,如果把这两块做好,包括像碰撞,像浸水这些,我们都可以有所掌控。我的汇报完了,谢谢大家!

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