一种用于新能源汽车电机绕组测温的NTC热敏电阻

周斌

摘 要：文章首先阐述了NTC热敏电阻的定义、特点和性能，然后着重介绍了一只NTC热敏电阻失效的案例分析，最后汇总说明了NTC热敏电阻常见的故障点及排查方法。

关键词：新能源;绕组测温;热敏电阻

中图分类号：U469.7  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）05-23-04

Abstract： This paper first describes the definition， characteristics and performance of NTC thermistor， then focuses on the analysis of a case of NTC thermistor failure， and finally summarizes the common failure points and troubleshooting methods of NTC thermistor.

Keywords： New energy; Winding temperature measurement; Thermistor

1 前言

随着大气污染和能源危机的加重，新能源电动汽车因其低碳、环保的特点，逐渐成为汽车行业未来发展的趋势。电机作为新能源电动汽车的动力源泉，其可靠性关系到电动汽车是否能够长期稳定运行。绕组故障在电机各种售后故障中的占比很高，降低电机绕组故障率，可以很大程度的提高电机的可靠性。绕组故障多由于机械卡死、暂时性过负荷下控制器误动作或动作滞后等原因造成电机绕组过温，最终导致绕组绝缘失效、甚至绕组烧毁。在电机绕组中埋置测温元件，对电机绕组的温度进行有效监控，对绕组过温提前预警，是一种电机绕组保护行之有效的方法。埋置测温元件的方法目前已广泛用于电机绕组的过温保护。本文所介绍的热敏电阻器是一种测量电机绕组温度的负温度系数热敏电阻器（NTC）。

1.1 NTC热敏电阻器的定义、特点

热敏电阻器的首要特性是随着阻体温度的变化，电阻值呈现显著变化的热敏感半导体电阻器。当温度升高时，电阻值下降的热敏电阻器，即为负温度系数热敏电阻器。

NTC热敏电阻器具有灵敏度高、响应速度快、寿命长、可靠性高等特点，因此其被广泛应用于新能源汽车电机的绕组测温中。

1.2 NTC热敏电阻的性能

NTC热敏电阻R-T特性的近似表达式：

R—在绝对温度T下的零功率电阻值;

Ra—在绝对温度Ta下的零功率电阻值;

Rb—在绝对温度Tb下的零功率电阻值;

B—热敏指数;Ta=298.15K;Tb=358.15K。

NTC热敏电阻的典型电阻-温度特性（图1）：

从上述公式和图1中可以看出：在限定温度范围内，NTC热敏电阻的电阻对数随温度升高而几乎呈线性降低。

2 NTC热敏电阻失效的案例分析

2.1 故障现象

某后台监测到某车辆电机绕组温度报警（三级报警，电机上报温度大于180℃），服务商随即联系客户，并安排客户车辆进服务站检查。

客户反馈：车辆行驶中，仪表提示“混合动力系统故障，功能受限”，且车速只能在20～40km/h行驶。

服务人员排查车辆故障：车辆在AUTO模式、挂D档且档位无切换、踩油门时，仪表提示“混合动力系统故障，功能受限”，检测MCU内报“P0A2A1C 电机温度传感器故障”（图2）。

2.2 外观检查

对故障NTC进行目视检查，其外观无损伤情况。玻璃球处两焊接引线不平齐（图3），不符合设计要求。

2.3 性能检测

用万用表检测故障NTC的直流电阻值（图4）：当热缩套管自由状态时，NTC直流电阻值为8.05kΩ，电阻值正常;当弯折热缩套管时，NTC直流电阻值显示为超量程，电阻值异常。

2）用NTC专用检测设备，检测故障NTC性能：当热缩套管自由状态时，NTC直流电阻值正常;当弯折热缩套管时，NTC直流电阻值为381523.28Ω，电阻值异常（图5）。

2.4 X射线检测

对故障NTC进行X射线扫描检测（图6），未见异常。

2.5 剖切焊接点

剖切故障NTC焊接點部位，将NTC剖切为两部分。一部分是玻璃球，另一部分是引线。

此时，用万用表检测玻璃球的直流电阻值为7.18kΩ，电阻值正常（图7）;观察引线部分，发现一根引线从热缩套管中松脱，另一根引线与热缩套管固定牢固（图8）。

2.6 焊点切片分析

分别对故障NTC和完好的NTC的焊点部位进行切片处理（图9），发现故障NTC比完好的NTC的引线剖面分散，并有分离迹象。

2.7 小结

经过上述分析，得出如下结论：热缩套管对故障NTC的一根引线未能起到保护作用，引线受到外力作用，焊点出现虚接的情况，最终导致NTC失效。

2.8 故障预防

2.8.1 故障预防措施

1）分析NTC引线在制成、转运、装配等过程中的受力情况，以期避免NTC引线遭受外力。此种方法涉及的工序众多，改善周期长、改善成本高，因此暂不予以考虑。

2）提升NTC焊点处的承受外力能力。此种方法容易实现，周期短、成本基本无变化。所以下文详述此种方法。

2.8.2 提升NTC焊点承受外力能力

2.8.2.1 焊点承受外力（无热缩套管）

选取5只已焊完引线，未套热缩套管的NTC（图10）。利用测力计对测试件，进行焊点处承受外力测试（图11），测试直至引线或焊点断开为止。

2.8.2.2 焊点承受外力（有热缩套管）

NTC测温部位，由两种热缩套管固定、防护，其示意图如图12：

选取完好的、有热缩套管的、热缩套管装配状态不同的NTC组件，对其进行承受外力测试（图13）。测试结果（表2）：

从测试结果可以得出结论：

大热缩套管超出小热缩套管的方案，

对于提升NTC焊点处的承受外力效果明显，并且大热缩套管超出小热缩套管的长度越长，对NTC焊点处的承受外力能力提升越大。

3 NTC热敏电阻的故障点及排查

3.1 NTC热敏电阻的故障点

通常NTC热敏电阻可靠性非常高，但是难免会有一些制造、工艺、环境等问题造成其失效，故障点如下：

1）热敏电阻引线短路或断路;

2）热敏电阻焊点虚焊、脱焊;

3）热敏电阻引线与插针虚接;

4）热敏电阻的玻璃球碎裂。

3.2 NTC热敏电阻的故障排查方法

需要排查NTC热敏电阻是否故障时，通常简便的检测方法如下：

1）用欧姆表（兆欧档）测量NTC热敏电阻的直流电阻值，电阻值需符合规范要求;

2）用兆欧表（DC 500V）测量NTC热敏电阻对地绝缘电阻值，电阻值需大于10MΩ。

4 结语

通过对电机绕组温度的有效监控，可以大幅提升电机的运行寿命，对电机长期、稳定的运行具有重要意义。NTC热敏电阻以其优异的性能，正在新能源汽车电机绕组测温领域绽放光彩。

参考文献

[1] GB/T 6663.1-2007.直热式负温度系数热敏电阻器第1部分：总规范.