电动汽车电池管理系统故障诊断

电动汽车电池管理系统故障诊断

朱俞锦、黄楠、张敏、龚甜甜

国网江苏省电力有限公司扬中市供电分公司 江苏 212200

摘要：以电动汽车为代表的新能源交通工具逐渐成为社会公共交通的主力军。电动汽车以其节约资源、减少废弃物排放等优点受到了广大消费者的青睐，也受到了社会各个领域的支持。电池管理系统作为电动汽车的重要组成部分，对电动汽车的正常运行起到了极大的推进作用，但由于电池管理系统模型分析都是建立在外部机械运动的基础上进行，对内部传感器等数据信息采集设备的延迟等扰动因素缺乏准确的分析。

关键词:电动汽车；电池管理系统；故障诊断

中图分类号:U469

文献标识码：A

引言

基于我国节能环保产业的发展，近些年国家增加了对电动汽车行业的资源倾斜与政策扶植力度，使得电动汽车行业得到了长远发展。但在实践发展时，电池技术已经成为限制行业可持续发展的关键节点。由于汽车动力来源于电池，因此电池的性能直接影响电动汽车的安全行驶。所以加强对电池管理系统故障的诊断研究对促进电动汽车技术发展具有关键性的作用。

1电池管理系统常见故障

电池管理系统是保证电动汽车正常运转的关键，目前我国大部分的电动汽车都是运用锂电池来作为主要的动力驱动系统。相比较其他材质电池，锂电池具有单体电压非常高、使用寿命长等优点，但是锂电池对高温比较敏感、电极材料老化速度快等问题也一直困扰着科研人员。电动汽车电池管理系统主要是对电力驱动系统的电压等方面功能进行检测，对电池负荷状态、放电充电功率等进行估算，对电池故障进行诊断。目前电动汽车锂电池管理系统主要的故障问题包括以下几个方面。

1.1充放电电路故障

第一，电池不一致。一般电动汽车的动力锂电池组其工作电压一般会控制在100～500v，而单体锂电池的电压是3.7v，由于组成电池组的电池电压、电阻参数都不相同，所以容易出现电池不一致的情况，引起电池组出现故障，影响电动汽车的正常运行，严重时还有可能烧毁电池组周边电路。第二，锂电池充放电时间过长。任何一个设备都是有使用寿命的，锂电池也是如此，由于锂电池的容量有限，当出现充电过长电池充电终止但仍继续充电的情况时，就会对电池造成极大的损害，严重时还会引起电池内部短路。

1.2电池组故障

作为锂电池管理系统的重要组成部分，电池组的重要性不言而喻。电池组是由多个锂电池构成的，由于每一个电池之间存在参数差异，所以在电池组运行的过程中，单个电池疲劳损伤也会对整个电池组的使用造成极大的影响。这种情况如果不及时处理，在电池组使用一段时间之后，电池的续航里程就会降低，这是由电池组内电池单体放电过量导致的。

2电动汽车电池管理系统故障诊断

2.1电气适应性能测试

BMS属于新能源汽车电子电控零部件，故而需进行一系列电气适应性能测试。现有的QC/T897-2011规定的电气适应性检测项目仅有过电压运行、欠电压运行、耐电源极性反接性能三项，具体如下所示。①过电压运行:BMS在16V或32V供电电压下连续运行1h，分析BMS数据的准确性。②欠电压运行:BMS在9V或18V供电电压下连续运行1h，分析BMS数据的准确性。③耐电源极性反接性能:BMS在反接电压值供电下，接通后持续1min;结束后，BMS正常供电，分析BMS数据的准确性。

2.2环境适应性能测试

BMS应用于复杂的车载环境。为保证BMS在各种气候环境下依然能够正常工作，需要对BMS产品进行一系列的环境适应性能试验测试。BMS具体的环境适应性测试项目如下所示。

①高温运行:BMS在工作状态下从室温升至65℃并持续运行1h后，分析BMS数据的准确性。②低温运行:BMS在工作状态下从室温降至－25℃并持续运行1h后，分析BMS数据的准确性。③耐高温性能:BMS从室温升至85℃后保持4h;恢复室温后，分析BMS工作状态下数据的准确性。④耐低温性能:BMS从室温降至－40℃后保持4h;恢复室温后，分析BMS工作状态下数据的准确性。⑤耐温度变化性能:BMS在高低温下分别保持2h，循环5次;恢复室温后，分析BMS数据的准确性。⑥耐盐雾性能:BMS正常插接下持续盐雾6h;恢复室温后，分析BMS正常工作状态下数据的准确性。⑦耐湿热性能:参考GB/T2423．4对BMS进行湿热试验，持续试验48h;恢复室温后，分析BMS工作状态下数据的准确性。⑧耐振动性能:上下、左右、前后分别进行正弦波扫频振动试验，每一方向试验8h，试验结束后分析BMS正常工作状态下数据的准确性。

2.3热管理

温度对电池的寿命具有显著的影响。随着温度的下降，电池活性降低，电池充放电容量下降，温度过低时，电池系统甚至无法充电;而当温度高于35℃时，温度每升高10℃，电池的循环寿命下降50%。温度过高时，会导致电池发生不可逆损坏，甚至引起热失控及热扩散等安全问题。现有电池系统一般具有风冷系统或液冷系统，甚至在低温下需加热系统控制等，并且均受BMS控制。因此，在BMS的热管理的标准化方面，不仅需要对电池系统的温度进行实时监测，还需要对液冷系统冷却液的压力、温度、流量以及密封性等一系列特性参数进行监测与控制，对风冷系统的风机、风量等特性参数进行控制，以及在低温下对电池系统预热系统的加热部件进行监测与控制等。

3故障原理对应分析

电动汽车动力主要来源于电池，随着电池技术的发展，电力续航公里数不断增加。电池管理系统是动力电池优化的重要组成部分，也是电动汽车安全行驶关键。该电动汽车电池系统采取的是锂离子动力电池，其主要是依靠锂离子正极与负极之间移动完成工作。电池组作为整车的重要组成部分，其单体是组成电池组的基本单元，由于电池组单体在电压、电流等参数上存在差异，因此在电池放电的过程中因为单体存在的差异性，而影响电池组的正常工作。

在行驶的过程中突然出现动力故障，分析原因主要可能是由于电动汽车锂离子电池过放电造成的。电池出现过度放电就会导致负极板及表面SEI膜中的锂离子可能出现脱出，进而导致负极层状结构部分坍塌，这样在对电池进行充电时，由于锂离子嵌入负极的过程中受到的阻力不断增加，进而会在负极表面形成新的SEI膜，导致电池内的锂离子被消耗完，以此导致电池容量大幅度衰减。

另外该汽车电池基本上是使用磷酸铁锂电池，这种电池具有使用寿命长、安全系数高、耐高温性强等优点，但对应也存在放电能力差、低温充等缺点。在低温环境中进行电池充放电行为，会严重影响电池的使用寿命、使用功率与容量等性能，所以在冬季低温环境中该车电力系统会出现续航能力与动力系统能力降低情况。

对出现故障的电动汽车采取充电行为直到电池充满，然后用针对性的解读器进行内部数据读取，取得单体高低电压与对应序列参数，取得的单体最低压是0.511V，表示电池单体出现已经不能继续使用，需要替换新电池排除故障。

结束语

现如今电动汽车行业的市场份额正在不断扩大，电池管理系统作为电动汽车运行过程中不可缺少的重要环节，对故障的排除影响了电动汽车未来的市场走向。由于整个电池管理系统内部结构非常复杂，很多技术的运用还不是很完善，在实际的生产过程中会出现不少故障问题，基于此，构建一个科学的电动汽车电池管理系统故障诊断体系是非常有必要的。通过对电动汽车电池管理系统故障诊断体系的分析，可以及时发现电动汽车生产和运行过程中出现的问题，及时解决，不断创新，帮助电动汽车行业更好地提升自我，实现电动汽车领域的多元化发展。

参考文献

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