红外热成像检测技术在电动汽车高压线束接头检测中的应用

河北机电职业技术学院 郭科伟，陈彦龙，董立亮

近年来，能源危机和环境污染日趋严重，因纯电动汽车具有零排放、高效和节能等优点，使其成为汽车工业发展的首要方向。为保证电动汽车正常的驱动力，电动汽车装载有保证足够动力性能的高压电源，动力系统具有电压高、电流大等特点，因此电动汽车安全、可靠运行离不开高压电气系统，高压电气系统包括高压线束和动力配电系统。电动汽车高压电气系统高压线束接头或连接件异常发热严重影响了车载高压设备的安全运行，极有可能导致严重事故。若不能排除存在安全隐患的潜在热故障点，用电设备极有可能损坏，甚至危及驾乘人员的生命安全。因此，如何快速、准确获得电动汽车高压线束接头及相关设备的温度信息，对于保证电动汽车的安全稳定运行至关重要。

红外热成像检测技术是采集不同物体表面红外能量信号的一种技术，通过不同能量信号的转换，通过人体肉眼便可以观察物体的热量特性。通过红外热成像检测技术能够观察到电动汽车高压线束不同位置的热量特征，利用红外成像仪将获取到的电动汽车高压线束接头红外辐射转变成红外图像，通过对红外图像的分析，可以确定电动汽车高压电气设备可能存在的故障，及时判断出故障部位，并给出维修建议，实现对电动汽车高压线束接头实时在线监测，确保电动汽车在不拆卸的情况下完成诊断，同时达到电动汽车故障预处理的目的，较大程度上保证驾乘人员的安全。

1 传统检测技术与红外热成像检测技术的比较

电动汽车高压线束接头检测技术大都是接触式检测，首先需要测试电动汽车高压线束接头的电流、电压或其他参数，然后由检测人员根据电动汽车电气控制原理和故障现象进行判断分析，从而确定设备或线束的故障点位置，检测过程耗费周期较长。此外，传统检测技术只能检测出已出现的故障，难以诊断潜在的故障或预判电气故障。随着电动汽车续航里程、电机功率和充电电压越来越大，传统检测技术已很难满足于日益复杂的故障检测，因此研究快速有效的故障诊断方法已经成为电动汽车故障诊断的迫切需求。

红外热成像检测技术已在电力、核电等工程领域方面得到成功应用，推广至电动汽车领域的故障检测也将是其重要用途之一。与传统检测方法相比，基于红外热成像检测技术的故障诊断的突出优势有以下几点。

（1）无接触，设备无须停运，检测无须采样，电气设备无须拆解。

（2）采用被动式监测，简单方便。

（3）能满足整车大范围快速诊断。

（4）快速成像使得检测更直接，故障位置显示更直观，劳动强度小。

（5）红外热成像检测技术能同时用于多个系统的检测，图像可用于计算分析。

2 用红外热成像技术检测电动汽车高压线束接头的方法

在应用红外热成像技术检测电动汽车高压线束前，应使汽车处于正常连续运行一定时间的工况，以保证电气系统元件有一定热量。用红外热成像技术检测电动汽车高压线束接头的条件和基本要求见表1所列。具体检测步骤如下。

表1 电动汽车高压线束接头红外热成像检测的基本条件

（1）让电动汽车连续运行一定的时间。

（2）开启红外热成像仪，观察红外热成像仪的时间和热成像相关参数的设置情况，同时进行环境参数设置并校准内部温差，待图像稳定后根据使用的情况进一步调焦，使图像更加清晰后再开始检测。

（3）对电动汽车进行检测时，首先对整车进行整体扫描，确定异常过热部位，进而对异常部位进行进一步的精确检测。

（4）对于故障判断没有帮助的元器件可以在下一步的扫描过程中去掉或更改拍摄位置，以使对重点部位的分析更加精准。

3 红外热成像技术检测缺陷分析判断方法

实践中，红外热成像技术检测缺陷分析判断方法可参考电力行业标准《带电设备红外诊断技术应用导则》（DL/T 664—1999）。红外热成像技术应用于电动汽车高压线束检测中，可以采用以下方法进行缺陷分析。

3.1 表面温度判断法

表面温度判断法主要用于电动汽车高压线束各类接头、接线柱、触头等。根据高压线束接头表面温度，参照电力行业标准《带电设备红外诊断技术应用导则》（DL/T 664—1999），按照温度（温升）超过标准的程度来确定高压线束接头缺陷的性质及严重性。检测时，应从不同方位高压线束接头进行拍摄，找出最热点温度或异常部位。

3.2 相对温差判断法

相对温差判断法是通过计算2个检测点的温度差值与其中一个高温检测点的百分比对电动汽车高压线束进行故障判断的一种方法。电动汽车高压线束的热量来自电流，周围温度较低，低电流小负载情况下的检测温度较低，电动汽车工作过程中，元器件温度升高值应低于规定极限值。在车辆负荷增加或周围温度升高较大时便极有可能导致电动汽车高压线束出现故障。相对温差用下述公式表示：

其中，t1和T1分别为电动汽车高压线束接头发热点的温升和温度；t2和T2分别为电动汽车高压线束接头对应点或正常情况下发热点的温升和温度；T0为电动汽车高压线束接头运行环境参照体的温度。

3.3 图像特征判断法

图像特征判断法是一种常见的经验判断方法，图像特征判断法是根据同型号电动汽车正常运行状态和异常状态的电气热图像的差异来判断电动汽车高压线束接头是否异常的一种常见的经验判断方法，是否处于运行正常，能发现一些特殊的电动汽车高压线束接头缺陷，如快充接触器发热异常等，并可用该方法预判相关故障。

3.4 档案分析法

档案分析法是指通过对同一电动汽车的的历史档案数据进行分析，从而得出其高压线束接头的温度变化规律，以对异常工况进行判别。

4 用红外热成像技术检测电动汽车高压线束接头的例证

三相不平衡在电动汽车驱动电机上表现为三相电流或电压幅值不一致，电机的温升和损耗也将随三相电压的不平衡度而增大，会导致电动汽车运行不稳定，易造成驱动力不足、加速迟滞等故障，因此电动汽车在三相电压不平衡状况下运行是常见安全隐患，应尽快查明原因，避免事故发生。利用红外热像仪在三相电压不平衡时拍到的红外图像如图1所示，图中颜色赤红的一相即为与另外二相电压不一致。

图2所示为电动汽车逆变器内器件高温炭化的红外热像图，由图可知，拍摄到的电动汽车逆变器中的最高温度大于150 ℃，根据红外热谱图档案分析，判断为是由于逆变器电阻元器件炭化造成的局部高温，这极易造成电动汽车偶发故障，需要关注并建议维修。

图1 三相电压不平衡的红外热像图

图2 电动汽车逆变器内器件高温炭化的红外热像图

红外热成像技术检测是诊断电动汽车高压线束接头热故障有效的方法，是开展电动汽车设备状态检修与安全检测行之有效的方法。应用红外热成像技术对电动汽车高压线束接通进行在线检测，能够及时发现电气设备的缺陷和异常情况，为电动汽车检修提供依据，确保电动汽车在不拆卸的情况下完成诊断，同时达到电动汽车故障预处理的目的，能较大程度上保证驾乘人员的安全。