电动汽车故障树分析：关于安全性与可靠性的思考
时间:2015-11-12 10:11来源:中国电池网 作者:西顾
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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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