新能源汽车常见故障分析及电控维修技术革新措施

摘要：针对新能源汽车在运行中遇到的电池效率下降、冷却系统失效、动力转换效率不足以及软件升级与充电不适配等问题，课题组以特斯拉、宝马i3、比亚迪唐及日产聆风等典型案例为切入点，从政府层面、市场层面、学校层面分别进行措施解读，建议政府层面应制订税收优惠政策、统一维修技术标准，市场层面应建立原厂配件供应链、引入第三方评估，学校层面应设计集成式课程、建立模拟维修工作站，从而共同促进新能源汽车维护行业向更高效、系统化方向发展。关键词：新能源汽车；故障检测；电控维修；典型实例；革新措施新能源汽车产业的迅猛发展已成为全球汽车产业转型的主要动力。我国新能源汽车产业在技术水平、产业体系完善、企业竞争力等方面取得显著提升，连续五年在产销量和保有量位居世界首位。面对核心技术创新能力不强、质量保障体系待完善、基础设施建设滞后等挑战，我国制定了深化供给侧结构性改革为主线的高质量发展战略，强化整车集成技术和关键零部件技术的创新，建设智能化生产系统，推动产业的高质量、可持续发展。作为培养汽车维修专业人才的重要阵地，中职学校新能源汽车运用与维修专业应与时俱进，及时改革调整教学体系，一改传统课堂重学科理论教学、轻实践探索的教学模式，全力推行工学一体化教学模式，让学生不仅拥有扎实的专业理论知识，还拥有过硬的实操技能，成为新时代真正拥有高素质的技术技能人才。为此，南宁市技师学院结合学校专业设置情况，积极探索新能源汽车维修专业教学改革，并从政府层面、市场层面和学校层面提出新能源汽车维修技术改革举措。一、新能源汽车常见故障（一）电池容量衰减问题新能源汽车主要选取高压电池、低压蓄电池作为动力来源，其功能检测主要涉及内外部数值诊断、采集线线路分析、保险丝检测及电池板处理等内容［1］。新能源汽车的电池容量衰减问题主要体现在电极材料结构破坏、电极表面固体电解质界面（SEI）层增厚、电池内部离子传输效率降低等方面，导致锂离子嵌入和释放过程的效率下降，降低了电池的有效容量和功率输出。此外，电解液的分解、锂枝晶的形成以及电池内部微观损伤的积累也是导致电池容量衰减的关键因素，电池单体温差大、散热不均或过热会严重影响电池性能和寿命，需要技术人员深入研究电池材料和电化学反应机制的核心原理，综合考虑电池的热惯性、散热通道的设计、散热材料的选择以及系统的整体能效，确保电池在不同工作状态下都能维持在最佳工作温度范围之内。（二）电机和逆变器故障新能源汽车的电机和逆变器的故障问题主要归结于电机驱动系统中的电气、热管理和机械应力等多方面因素。首先，从电气角度来看，逆变器故障多源于热应力和电压应力，这些应力超过材料极限时会导致器件老化、性能退化甚至击穿，高温和电压冲击可加速绝缘材料的化学降解，进而引发功率损失、效率下降和故障率上升。其次，从热管理角度看，电机的热问题通常与其绕组和磁铁的冷却不足有关，长时间的高负荷运行会导致过热，逆变器的开关操作产生的高频电磁干扰（EMI）可能会影响电机的正常运行，从而影响电机效率和性能。最后，从机械角度看，电机在高速旋转时产生的离心力，容易影响轴承和转子的结构完整性，进而诱发电机故障［2］。（三）软件和固件故障新能源汽车领域在车载核心芯片控制及中央计算架构体系建设层面存在不足。新能源汽车的软件故障通常指的是车辆控制单元（ECU）或车辆动力系统管理软件、充电控制软件、车载娱乐系统等其他电子控制模块中的程序错误或逻辑问题，导致电池充电不足、动力系统失效、驾驶辅助功能异常等问题。一般来说，硬件故障涉及电池组、电动机、充电器、电动驱动系统等关键组件的损坏或失效，例如电池组的单体电池损坏、电机内部绕组断路、充电器电路故障等，导致出现车辆无法启动、动力输出不稳定、充电速度下降等问题。此外，还存在一些因软硬件集成或通信协议问题而导致的故障，如控制器局域网络（CAN）总线通信故障、软硬件不匹配导致的数据传输错误等。要解决这些软硬件故障，需要高水平的诊断技术人员和专业的维修人员，且制造商也需要不断改进产品质量控制和软硬件开发流程，对车载芯片及光纤通信系统进行安全测评，以降低故障率并提高车辆的可靠性和耐用性［3］。（四）充电设施兼容性问题新能源汽车的充电设施兼容性问题是指电动车与不同类型充电设备之间的互操作性，主要涉及电动车与充电桩之间的连接标准、通信协议、充电功率等方面的匹配性。一是连接标准。不同国家、不同地区、不同制造商的电动车和充电桩采用不同的连接标准，如美国的SAEJ1772、欧洲的IEC62196（Type2）、中国的GB/T20234（AC）和GB/T18487（DC）等。二是充电功率。电动车和充电桩之间需要匹配合适的充电功率，以确保安全高效地充电，过低会延长充电时间，过高会损害电池。三是通信协议。不同的电动车和充电桩可能采用不同的通信协议，因此，需制定统一的国际标准、地区性标准，引入直流充电技术及无线充电技术，建立“车—桩—云”三位一体式的互联充电架构［4］，确保各方之间的互操作性和充电便利性，以解决充电设施设备及网络的兼容性问题。二、电控维修技术要点及实例随着新能源汽车市场的迅速扩张，电控系统作为新能源汽车的核心技术之一，其维修技术的精准性与高效性直接影响到汽车的关键性能。经调查，新能源汽车常见的电控维修技术主要有以下四类。（一）故障诊断与代码分析对高度依赖电子控制单元（ECU）和复杂电气系统的新能源汽车来说，本环节是识别和解决车辆电子系统问题的关键。在诊断汽车故障时，维修师傅可以使用先进的诊断工具读取车辆的故障代码，通过对故障代码的精确解读和深入分析来定位故障源［5］。因此，整个故障诊断与代码分析过程要求技术人员不仅要具备深厚的电子电气专业知识，还要熟悉特定车型的系统架构和工作原理，并掌握先进的诊断工具使用技术和软件工程技术。以“特斯拉ModelS电池续航力问题”为例。首先，技术人员会通过特斯拉的专用诊断工具读取车辆的故障代码和系统日志，分析是否有与电池性能下降相关的故障代码或异常数据记录。其次，通过对电池管理系统（BMS）软件版本的检查，评估是否存在已知的软件问题，或是否需要执行软件更新以解决相关问题。最后，深度评估电池健康状态，包括单体电池电压、温度分布、充放电循环次数等关键参数的检测，如果发现是电池老化或单体电池性能不匹配导致的问题，则需要对电池模组或整个电池包进行更换；如果是BMS软件或能量管理问题，则需对BMS进行重新编程或更新其软件，以改善电池续航力。（二）软件更新与配置新能源汽车的软件在线升级过程（OTA）应满足监管及技术要求。整个过程主要包括云端服务器升级、网络传输及车端接收等三个模块，力求匹配车型认证参数及各类装备的兼容性。当前主要选取区块链技术、密钥加密等方式进行汽车软硬件更新的全周期管理［6］。更新过程需要使用专业的诊断工具通过车载诊断系统（OBD）接口对ECU进行编程，以确保软件版本与车辆制造商的最新标准相匹配。这一过程要求维修技术人员具备深厚的车辆系统理解能力和高级诊断编程技术，确保调整后的车辆既能发挥最佳性能，又符合安全和环保要求。以“宝马i3动力控制单元软件更新”为例。维修技术人员通过专业的诊断工具连接宝马i3的OBD-II接口，对动力控制单元（PCU）进行精确的软件版本识别并加载更新文件，整个过程需要确保电源稳定，防止更新中断造成PCU软件损坏或失效。软件成功更新后，维修技术人员需进行必要的配置调整和参数优化，以适应软件更新带来的功能变化，并对宝马i3进行全面的功能测试和道路试驾，验证新软件版本是否符合车型标准和功能［7］。（三）高压系统维修新能源汽车的高压系统维修技术主要涉及对车辆内部高压电气部件（包括电池包、电机、逆变器、高压电缆及电容、继电器等）的检测、诊断、维护和更换工作，以及对外包的绝缘检查。技术要点主要有高压部件的安全隔离和解隔离操作、高压电缆和连接器的绝缘性能测试、电池包状态的诊断以及电机和逆变器的功能检查［8］。专业技术人员必须严格遵循安全标准和操作规程，使用专业的工具和仪器进行检测，确保人身安全和车辆系统的安全稳定。以“比亚迪唐高压电缆绝缘性能下降问题”为例。在检测时，维修技术人员应识别影响绝缘性能的根本原因，包括长期的机械磨损、环境因素（如温度、湿度变化）、材料老化或者生产缺陷等，维修技术人员需要使用绝缘电阻测试仪对高压电缆的绝缘性能进行精确测量，以评估其损伤或磨损程度，从而确定维修或更换电缆的方案。（四）传感器与执行器校准传感器负责收集车辆各个部分的实时数据，如速度、温度、压力等，而执行器则根据这些数据执行相应的动作，如调整电机转速、控制电池冷却系统等。因此，准确的传感器读数和执行器响应对新能源汽车的性能、安全性以及能效都至关重要［9］。技术要点主要有传感器性能测试、设置校准参数、检测执行器响应时间和动作精度以及整个系统的综合性能验证。以“日产聆风轮速传感器读数不准问题”为例。一方面，维修技术人员需对轮速传感器进行检测，通过实车测试或数据模拟方式检查轮速传感器的输出信号，确认读数不准确的具体表现及发生原因，如传感器自身故障、安装位置偏移、轮速齿轮磨损或污染等。如果是传感器损坏或性能衰减，则需要更换新的传感器并进行精确校准，确保其输出信号与实际车轮转速之间的匹配度。另一方面，维修技术人员对车辆传感器进行校准后需进行综合性能测试，主要涉及路试及动态数据监测，验证校准后的传感器是否能准确反映车轮速度，以及整个车辆控制系统是否恢复正常工作。三、新能源汽车维修技术改革策略针对当前新能源汽车存在的一系列问题，新能源汽车维修领域应通过技术创新、人才培养、标准制定等多种手段，推动新能源汽车维修技术体系的优化升级，为新能源汽车的可持续发展贡献力量。（一）政府层面：实施税收优惠政策，统一维修技术标准1.制定税收优惠政策一是研发投入费用的税收抵扣政策。将企业在新能源汽车诊断仪器、特殊维修工具研发投入的部分或全部费用，纳入税前抵扣范围。二是环保维修材料的退税政策。对使用环保维修材料（如可回收电池包、生物降解清洁剂等）的企业，实施退税或降低相关税率的政策，设定维修材料回收再利用的相关标准，按比例给予退税。三是技能提升培训补贴。通过财政补贴等方式支持维修企业采购高精度诊断仪器和专用维修工具，并对组织员工参与新能源汽车维修技术及安全培训的企业，给予培训费用补贴或税收减免。2.统一维修技术标准一是制订维修操作规程。规范高压系统检修、电池状态评估、电控系统故障诊断等关键环节。二是建立维修技术认证体系。定期更新维修技术标准和培训教材，设立新能源汽车维修技术人员资格认证制度，通过专业培训和考核，颁发合格技术人员相应的操作资格证书。三是实施维修质量监控机制。建立新能源汽车维修质量监督体系，包括维修前后车辆性能的对比测试、顾客满意度调查等，及时发现并纠正维修质量问题。四是建立技术支持和信息共享平台。建立国家级的新能源汽车维修技术支持中心，搭建信息共享平台，提供技术咨询、故障案例数据库、最新维修技术动态等信息服务。（二）市场层面：建立原厂配件供应链，引入第三方评估新能源汽车的维修过程亟待构建一个高效、可靠的配件供应体系和高标准的质量评估体系。一是选择供应商。新能源汽车制造商应识别并选择具有创新能力和可持续发展能力的核心供应商，建立备选供应商名单、多元化采购来源，探索和实践多样化的合作模式，如联合投资、技术共享、风险与收益共担等，通过共享长期业务规划，共同研发适合新能源汽车需求的高性能配件，形成长期稳定的合作关系。二是系统整合供应链信息，设计标准化模块。可采用先进的信息技术（如ERP、SCM软件）整合制造商与供应商的信息系统，实现订单、库存、物流等数据的实时共享和分析，根据配件的重要性和消耗速率，实施差异化的库存管理策略，并推进配件的标准化和模块化设计，定期开展供应链风险评估，识别潜在的供应中断、价格波动、质量问题等风险点，保证配件的互换性和兼容性，着力提高供应链的响应速度和灵活性。三是健全质量管理体系。通过定期的质量审核、第三方评估及供应商培训，建立完善的配件性能测试和评估体系，促使供应商在生产每一个配件的过程都严格遵守质量控制标准，持续改进、优化与创新。（三）学校层面：设计集成式课程，建立模拟维修工作站在新能源汽车维修技术革新过程中，学校层面的集成式课程设计关键在于跨学科整合与实践技能的深度融合。这就要求课程应涵盖新能源汽车的核心技术领域，如电机控制系统、电池管理系统（BMS）、车载能源存储系统（ESS）、高压电安全操作系统等，还需深入探讨这些技术在维修实践中的应用，着力在建构核心课程群的基础上，建立“三模块、三层次”课程体系［10］。同时，结合当前新能源汽车维修领域的技术难题和行业发展趋势，立项具有实际工程应用背景的故障诊断课题，引导学生利用专业工具（如高级诊断测试设备、电路分析软件）和技术手段（如数据驱动的故障预测模型、电池性能衰减分析算法）进行精准故障诊断，以帮助学生牢固掌握识别复杂系统故障的核心技术。此外，建立模拟维修工作站也至关重要。模拟维修工作站的建立需基于系统工程化思维，深入分析新能源汽车动力电池系统、电机控制单元、车辆控制单元等关键组成部分的系统架构。基于现有的教学资源和设施，我们要先评估学校在构建模拟维修工作站中师资力量、实验室空间、预算和设备采购等方面的能力，再建立电动汽车专用诊断工具、电池性能测试仪、电动机测试台等架构，设计维修操作区、诊断测