电动汽车电池管理系统故障诊断

周炳伟，许茗宸

(北汽福田汽车股份有限公司，北京 102206)

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。

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100～500 v，而单体锂电池的电压是3.7 v，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 电池管理系统故障诊断信号处理

科研工作者通过对电动汽车电池组数据的采集和检测，分析出电池管理系统的健康状况，从根源上解决电池管理系统问题，提出与之相对应的优化策略，保证电池管理系统的正常运行。技术人员在对电动汽车电池管理系统内部故障进行处理的时候，主要是通过电动汽车内部各个传感器对电池组的信息进行采集，再利用观测器对所采集的信息进行对比处理，电池管理系统故障诊断信号处理具体过程如图1所示。

图1 电池管理系统故障诊断信号处理过程图Fig.1 Process diagram of signal processing for fault diagnosis of battery management system

3 电动汽车电池管理系统故障诊断实证

3.1 故障描述

某品牌在2018年生产的一批电动汽车处于正常云状状态，但是汽车仪表盘上却出现了报警提示音、显示“动力蓄电池故障”，导航盘上出现“故障问题请停车及时与车辆授权服务商联系”的提示，车主也发现汽车本身动力不足、连续踩油门都没有反应。

3.2 故障原理

电动汽车的主要原动力就是电池，近几年科研人员不断创新，对电池技术研究越来越深入，电池电力续航公里数越来越多。此次故障汽车采用的是锂离子动力电池作为动能，主要依靠锂离子正负极之间的移动来完成各种电池组，作为电动汽车的重要组成部分，单体是构成电池组的基本单元，由于电池组单体在电压等参数上存在区别，所以在电池放电的过程中会因单体存在差异而导致电池组工作受到影响。在车辆行驶的过程中突然出现动力故障，主要原因可能是电动汽车锂离子电池放电过量导致的，电池出现过度放电会导致负极板的锂离子出现脱落，负极层状结构坍塌，这时再对电池进行充电，就会让电池内的锂离子消耗殆尽、电池容量大幅度降低，最终造成汽车失去动力。锂离子电池虽然使用寿命长、安全系数高，但是其放电能力差、低温环境下充电功能差等缺点也会直接影响到电池的使用寿命。在冬季低温环境下，电动汽车的电力系统会出现续航能力差等问题。

3.3 故障排除有效措施

首先对出现故障的电动汽车采取充电行为，直到电池电量充满为止，保证锂离子电池的电量是充足状态，这样做是为了检查锂离子电池的充电功能是否正常。如果充电没有充进去，或者充完之后短时间内电量消耗极大，就说明电池的续航出现了问题，也就是电池本身出现了问题，需要及时处理。

维护人员接着再运用针对性的解读器读取汽车的内部数据，取得单体高低电压和对应序列参数后发现，单体电压较低，这也就说明电池单体已经不能继续使用，需要及时更换来排除故障。

4 结语

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。这就要求科研人员不断提升自身的专业技术水平，不断优化电动汽车行业的生产加工能力。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。它的出现也是进一步降低电动汽车电池故障、提高电动汽车安全性的重要举措。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。