電動汽車電池管理系統(tǒng)故障診斷

周炳偉，許茗宸

(北汽福田汽車股份有限公司，北京 102206)

以電動汽車為代表的新能源交通工具逐漸成為社會公共交通的主力軍。電動汽車以其節(jié)約資源、減少廢棄物排放等優(yōu)點(diǎn)受到了廣大消費(fèi)者的青睞，也受到了社會各個領(lǐng)域的支持。電池管理系統(tǒng)作為電動汽車的重要組成部分，對電動汽車的正常運(yùn)行起到了極大的推進(jìn)作用，但由于電池管理系統(tǒng)模型分析都是建立在外部機(jī)械運(yùn)動的基礎(chǔ)上進(jìn)行，對內(nèi)部傳感器等數(shù)據(jù)信息采集設(shè)備的延遲等擾動因素缺乏準(zhǔn)確的分析。

1 電池管理系統(tǒng)常見故障

電池管理系統(tǒng)是保證電動汽車正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，目前我國大部分的電動汽車都是運(yùn)用鋰電池來作為主要的動力驅(qū)動系統(tǒng)。相比較其他材質(zhì)電池，鋰電池具有單體電壓非常高、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，但是鋰電池對高溫比較敏感、電極材料老化速度快等問題也一直困擾著科研人員。電動汽車電池管理系統(tǒng)主要是對電力驅(qū)動系統(tǒng)的電壓等方面功能進(jìn)行檢測，對電池負(fù)荷狀態(tài)、放電充電功率等進(jìn)行估算，對電池故障進(jìn)行診斷。目前電動汽車鋰電池管理系統(tǒng)主要的故障問題包括以下幾個方面。

1.1 充放電電路故障

第一，電池不一致。一般電動汽車的動力鋰電池組其工作電壓一般會控制在100～500 v，而單體鋰電池的電壓是3.7 v，由于組成電池組的電池電壓、電阻參數(shù)都不相同，所以容易出現(xiàn)電池不一致的情況，引起電池組出現(xiàn)故障，影響電動汽車的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時還有可能燒毀電池組周邊電路。

第二，鋰電池充放電時間過長。任何一個設(shè)備都是有使用壽命的，鋰電池也是如此，由于鋰電池的容量有限，當(dāng)出現(xiàn)充電過長電池充電終止但仍繼續(xù)充電的情況時，就會對電池造成極大的損害，嚴(yán)重時還會引起電池內(nèi)部短路。

1.2 電池組故障

作為鋰電池管理系統(tǒng)的重要組成部分，電池組的重要性不言而喻。電池組是由多個鋰電池構(gòu)成的，由于每一個電池之間存在參數(shù)差異，所以在電池組運(yùn)行的過程中，單個電池疲勞損傷也會對整個電池組的使用造成極大的影響。這種情況如果不及時處理，在電池組使用一段時間之后，電池的續(xù)航里程就會降低，這是由電池組內(nèi)電池單體放電過量導(dǎo)致的。

2 電池管理系統(tǒng)故障診斷信號處理

科研工作者通過對電動汽車電池組數(shù)據(jù)的采集和檢測，分析出電池管理系統(tǒng)的健康狀況，從根源上解決電池管理系統(tǒng)問題，提出與之相對應(yīng)的優(yōu)化策略，保證電池管理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。技術(shù)人員在對電動汽車電池管理系統(tǒng)內(nèi)部故障進(jìn)行處理的時候，主要是通過電動汽車內(nèi)部各個傳感器對電池組的信息進(jìn)行采集，再利用觀測器對所采集的信息進(jìn)行對比處理，電池管理系統(tǒng)故障診斷信號處理具體過程如圖1所示。

圖1 電池管理系統(tǒng)故障診斷信號處理過程圖Fig.1 Process diagram of signal processing for fault diagnosis of battery management system

3 電動汽車電池管理系統(tǒng)故障診斷實(shí)證

3.1 故障描述

某品牌在2018年生產(chǎn)的一批電動汽車處于正常云狀狀態(tài)，但是汽車儀表盤上卻出現(xiàn)了報(bào)警提示音、顯示“動力蓄電池故障”，導(dǎo)航盤上出現(xiàn)“故障問題請停車及時與車輛授權(quán)服務(wù)商聯(lián)系”的提示，車主也發(fā)現(xiàn)汽車本身動力不足、連續(xù)踩油門都沒有反應(yīng)。

3.2 故障原理

電動汽車的主要原動力就是電池，近幾年科研人員不斷創(chuàng)新，對電池技術(shù)研究越來越深入，電池電力續(xù)航公里數(shù)越來越多。此次故障汽車采用的是鋰離子動力電池作為動能，主要依靠鋰離子正負(fù)極之間的移動來完成各種電池組，作為電動汽車的重要組成部分，單體是構(gòu)成電池組的基本單元，由于電池組單體在電壓等參數(shù)上存在區(qū)別，所以在電池放電的過程中會因單體存在差異而導(dǎo)致電池組工作受到影響。在車輛行駛的過程中突然出現(xiàn)動力故障，主要原因可能是電動汽車鋰離子電池放電過量導(dǎo)致的，電池出現(xiàn)過度放電會導(dǎo)致負(fù)極板的鋰離子出現(xiàn)脫落，負(fù)極層狀結(jié)構(gòu)坍塌，這時再對電池進(jìn)行充電，就會讓電池內(nèi)的鋰離子消耗殆盡、電池容量大幅度降低，最終造成汽車失去動力。鋰離子電池雖然使用壽命長、安全系數(shù)高，但是其放電能力差、低溫環(huán)境下充電功能差等缺點(diǎn)也會直接影響到電池的使用壽命。在冬季低溫環(huán)境下，電動汽車的電力系統(tǒng)會出現(xiàn)續(xù)航能力差等問題。

3.3 故障排除有效措施

首先對出現(xiàn)故障的電動汽車采取充電行為，直到電池電量充滿為止，保證鋰離子電池的電量是充足狀態(tài)，這樣做是為了檢查鋰離子電池的充電功能是否正常。如果充電沒有充進(jìn)去，或者充完之后短時間內(nèi)電量消耗極大，就說明電池的續(xù)航出現(xiàn)了問題，也就是電池本身出現(xiàn)了問題，需要及時處理。

維護(hù)人員接著再運(yùn)用針對性的解讀器讀取汽車的內(nèi)部數(shù)據(jù)，取得單體高低電壓和對應(yīng)序列參數(shù)后發(fā)現(xiàn)，單體電壓較低，這也就說明電池單體已經(jīng)不能繼續(xù)使用，需要及時更換來排除故障。

4 結(jié)語

現(xiàn)如今電動汽車行業(yè)的市場份額正在不斷擴(kuò)大，電池管理系統(tǒng)作為電動汽車運(yùn)行過程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，對故障的排除影響了電動汽車未來的市場走向。這就要求科研人員不斷提升自身的專業(yè)技術(shù)水平，不斷優(yōu)化電動汽車行業(yè)的生產(chǎn)加工能力。由于整個電池管理系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，很多技術(shù)的運(yùn)用還不是很完善，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)不少故障問題，基于此，構(gòu)建一個科學(xué)的電動汽車電池管理系統(tǒng)故障診斷體系是非常有必要的。它的出現(xiàn)也是進(jìn)一步降低電動汽車電池故障、提高電動汽車安全性的重要舉措。通過對電動汽車電池管理系統(tǒng)故障診斷體系的分析，可以及時發(fā)現(xiàn)電動汽車生產(chǎn)和運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，及時解決，不斷創(chuàng)新，幫助電動汽車行業(yè)更好地提升自我，實(shí)現(xiàn)電動汽車領(lǐng)域的多元化發(fā)展。