新能源汽车动力电池系统故障诊断分析

摘 要：现如今，新能源汽车已经成为汽车行业发展的一大主流趋势，同时，也有效解决了我国日益枯竭的能源问题。动力电池系统作为新能源汽车的核心与基础，其安全性与可靠性日益成为行业关注的焦点。然而，随着新能源汽车市场规模的不断壮大，新能源汽车关键的组成部分—动力电池系统的问题也逐渐显露出来。基于此，本文就新能源汽车动力电池系统故障诊断的基本方法以及有效策略展开详细且深入的探讨，以期为提高新能源汽车动力电池系统的可靠性与安全性做出贡献，为推动新能源汽车行业的长远发展贡献绵薄之力。

关键词：新能源汽车 动力电池系统 故障诊断

0 引言

随着全球能源结构的转型升级以及大众环保意识的不断增强，新能源汽车在汽车行业所占的份额逐步提升。作为新能源汽车的核心组件以及关键基础，动力电池系统的地位不可动摇，其性能与汽车的续航里程、安全性以及经济性息息相关。然而，随着电池循环次数的增加，其内部可能会发生诸如容量衰减、内阻增大、热失控等一系列故障，从而直接影响整个动力电池的使用寿命，更严重的情况，还可能会引发一系列安全事故。由此看来，通过对新能源汽车动力电池系统故障准确、及时的诊断与分析，有利于有效保障电池的健康状态，而且对提升车辆运行的安全性也发挥着积极作用。

1 新能源汽车动力电池系统概述

随着新能源汽车的迅速发展，动力电池系统的作用逐渐凸显。通常情况下，动力电池系统的功能主要包括两方面，其一，实时监控电池的各项性能参数，通过有效性能管理来全面且具体的了解电池的实际运行情况，以便及时发现异常并在第一时间内处理。其二，根据实际应用环境有效控制电池温度，尤其避免电池温度出现过高或者过低的情况，影响电池整体性能，甚至引发安全事故。这一科学有效的调节机制有助于新能源汽车灵活适应多种复杂多变的环境，同时，有效延长电池的使用寿命，这对提升电池乃至汽车使用的整体效率以及安全系数均发挥着积极作用。然而，一旦新能源汽车动力电池系统出现故障，那么不仅无法保证电池持续且稳定的性能输出，而且还可能对防护以及预警机制产生直接影响，从而给电池带来不可估量的损失。更严重的情况是，新能源汽车可能在驾驶过程中出现故障，这样就会直接威胁驾驶人员的生命与财产安全。基于此，本文对新能源汽车动力电池系统故障展开了具体且深入的研究，以期及时消除故障，为车辆的持续健康运行提供坚实的保障。

2 新能源汽车动力电池系统故障诊断的基本方法

新能源汽车作为未来交通工具的重要发展方向，其核心要素之一—动力电池系统的稳定性和安全性显得尤为关键。一般而言，动力电池系统故障可分为内部故障以及外部故障两种情况。这两种情况最根本的区别在于外部故障通常是由系统外部因素而引起的问题，比如环境温度的影响、动力电池系统异常等，而内部故障的关键引发因素来源于电池本身，比如电池本身结构不良、电池内部电线短路等问题，如若以上故障得不到有效且及时的处理，那么可能会直接影响车辆的正常运行。为了有效诊断系统故障，首要任务就是科学分析采集到的相关数据，提取出鲜明的特征信息，根据这些信息，依托相关的理论知识来准确判断故障类型以及故障位置，以便为后期的故障解决提供客观具体的数据支撑。一般来说，故障诊断方法主要为三种，每种方法的工作原理与实施条件有所差异。第一种，以知识为基础进行诊断。这意味着相关人员必须具备扎实的故障理论以及实操能力，对维修人员的逻辑分析能力以及实操经验要求较高。维修人员通常需要根据逻辑推理以及逻辑评估判断并分析具体故障。以故障树分析法为例，专业人员主要依托专业的知识与丰富的经验来综合评估故障起源；第二种，基于模型的诊断。该方法侧重于通过精确测量采集系统的运行数据，然后，借助数学模型对比分析实际输出与预期输出的差异，从而准确定位故障位置。最常见的方法有残差生成和评价法，指的是通过监测系统输出值的异常或变化来预测故障；第三种，基于数据信息的诊断。这种方法具体指的是借助先进的科学技术手段来提取并分析、处理数据，比如数据挖掘、机器学习等，这样，就可实现对动力电池系统故障全面监控以及快速隔离的目的。最常见的方法有信息结合法、机器学习法等。通过前沿科学技术的加持，有助于有效提升故障检出的精确度，提高整体故障处理的自动化水平。

3 新能源汽车动力电池系统存在的安全风险

动力电池系统作为新能源汽车的“心脏”，为汽车运行提供能量与支撑。动力电池系统由电池单体、电气机械装置以及电池管理控制器等核心组件共同组成。电池单体作为整个系统的“基石”，由正极、负极、电解质等关键部件而组成。其质量好坏，直接影响着整个电池系统的可靠性与有效性，正是因为如此，对其品质才提出了更高要求。电池模块作为整个电池系统当中的一个小型模块，实为若干电池单体通过技术手段串联或并联后的组合体。这一科学的设计一方面是为了提高电池组的能量密度以及输出效率，另一方面，则是为了一旦发生故障时可快速的定位与替换。要知道，电池生产制造工艺极其复杂，有时候，很可能会因为微小的偏差而影响单体电池的整体性能，有时候还会因为温度失衡、电压不一致等导致电池局部升温或者出现内短路等危险情况。除此之外，由于车辆在行驶过程中可能会面临一系列复杂多变环境因素的影响，加之驾驶人员的驾驶习惯存在一定差异性，有时候可能会导致一系列问题，比如高压连接器进水、电池箱体破损、外部碰撞等，这些问题均有可能直接或者间接地影响电池内部结构，也可能制约其性能的稳定发挥。综合以上所述，不论是动力电池自身的不足还是诸多外部因素的影响，均可能影响新能源汽车动力电池系统整体的稳定性、安全性，也与车辆整体行驶安全息息相关。

4 新能源汽车动力电池系统故障诊断的有效策略

4.1 温度异常故障诊断与处理

随着新能源汽车行业的飞速发展，动力电池系统的温度控制日渐成为业界关注的焦点。温度异常，一方面会直接影响动力电池系统的性能与寿命，另一方面，还可能危及驾驶员与乘客的生命安全。因而，针对温度异常故障应给予充分的重视。以某知名新能源汽车品牌—xx为例，如若汽车行驶过程中遇到电池管理系统发出警报并且汽车仪表盘显示电池温度超出正常值类似的现象时，这就需要专业人员及时对其进行故障分析，包括准确定位故障位置并制定针对性的解决对策。故障诊断的首要步骤要求专业人员全面搜集并仔细分析系统数据，包括温度、电压、电流等关键指标，以便为准确定位故障提供重要的数据支撑。接下来，专业人员需要对汽车的散热系统进行仔细检查，判断依据为风扇是否正常工作，散热片是否出现堵塞等。之后，专业人员需要着手对电池各模组间的温度差异进行对比分析，根据结果定位引发故障的具体原因。除此之外，专业人员还需进一步检查并全面评估电池的整体状态，具体涉及电池的老化程度、充放电循环次数等，这些将为判断电池是否需要更新或者修复提供具体且详尽的参考依据。综合以上数据与诊断结果，相关人员大多时候可初步判断出导致温度异常故障的主要原因，这为之后专业人员采取针对性且科学有效的维修措施奠定了坚实的基础。在故障处理阶段，相关人员首要任务就是对电池进行降温处理，增强电池系统的散热功能，控制运行时的热生成。最常见的处理方法为应用风冷、液冷以及相变材料等，同时，还可通过限制充放电电流、调整充放电曲线等方法来有效防止电池工作时的热发生。就安全干预而言，如若检测到温度异常，那么动力电池系统应立即中断充放电过程，如果需要，汽车应立即启动紧急冷却系统，如此，便能大幅度降低安全风险，保障车内人员的生命安全。

4.2 绝缘故障诊断与处理

绝缘故障是新能源汽车电池系统最常见的故障之一，可能引发电能泄漏、短路乃至火灾或爆炸等严重后果。举一个很形象的案例，假设某知名品牌xx的新能源汽车在行驶过程中突然出现动力中断类似的问题，与此同时，汽车的仪表盘提示绝缘故障警告。此时，检修人员应尽快采取综合故障诊断方法。第一步，他们需要用专业的绝缘电阻测试仪测量动力电池系统的绝缘电阻值，以判断电气元件之间是否存在电流泄漏或者短路等情况。第二步，检修人员采用目视检查法，凭借丰富的从业经验发现那些不易被专业仪器检测出的实体破损或者磨损情况。通常来说，造成绝缘故障的原因有很多，包括电池包密封性能不足，进水导致绝缘下降；电池模组之间的连接件松动或腐蚀等。在后续诊断过程中，为了精准找到并确定故障原因，检修人员应再次运用专业的绝缘电阻测试仪，通过对比实测绝缘电阻值与标准阈值来判断动力电池系统的绝缘性能是否存在问题。一旦电阻值低于安全阈值，那么表明绝缘性能降低，系统可能存在故障。之后，专业人员可采用脉冲响应法、频率响应法等高级诊断技术，进一步定位故障点和故障性质。除此之外，检修人员还需要仔细检查电池包的外观，看其是否存在损伤以及水渍等情况。随后，检修人员需要进一步检查电池包的内部线束，重点查看其磨损以及裸露程度。在完全确定故障原因之后，检修人员需要立即修复线束并通过加强对线束的防护来有效解决绝缘故障问题。从驾驶人员的角度出发，为了从根本上预防绝缘故障现象的出现，他们应提起对定期检查和测试绝缘电阻的重视程度，同时，他们还应有意识的监控并控制环境湿度、温度等潜在的影响因素，多措并举，全方位、立体化的确保新能源汽车的运行正常与安全。

4.3 电压异常故障诊断及处理

电压异常故障可分为电池欠压故障、采集线保险丝故障、采集线端子故障等不同的情况，每种情况均可能直接影响电池的使用寿命与性能。首先，电池欠压故障。如果新能源汽车的动力电池系统发生电池欠压故障，这可能导致车辆电压出现问题，从而直接影响车辆的正常驾驶。为了提高诊断结果的准确性，检修人员可利用万用表测试电池电压并将测试数据详细记录下来，随后，对比正常监控电压值，如果二者之间数值的差异性明显，那么就可以证明电池确实存在问题，这时候，最有效的处理方法为及时更换新电池。其次，采集线保险丝故障。此类故障发生之后，检修人员第一步要做的就是及时测量保险丝的电阻值，以此为依据，对比正常的电阻值，如果高出正常的电阻值，那么需及时更换保险丝，这样就能妥善解决故障问题。最后，采集线端子故障。针对此类故障，检修人员第一步应检查采集线同端口，旨在判断端口是否存在连接异常等情况，如果异常不存在，接下来，检修人员再对采集线的固定螺栓进行进一步检查，重点检查其是否存在松动等类似的现象。以上步骤的最终目的就是能精准定位故障产生的原因，以便为制定针对性的解决对策提供关键支撑，从而保障动力电池系统的正常运行。除了上面提到的检测方法之后，检修人员还可以采用轻轻摇动的方式来判断具体部件是否存在松动的情况，如若发现异常，那么便可及时进行加固处理。如果发现部分采集线已经损坏，那么最有效的方法为及时更换，同时，检查线端子的接触是否良好。通过以上一系列措施，旨在有效解决电压异常故障，以此来保证动力电池系统的正常运行。当然，定期的电池维护和诊断也是防止电压异常至关重要的一环，以确保电池系统在整个使用寿命期间保持最佳使用状态。

5 新能源汽车动力电池系统故障诊断未来的发展方向

首先，关于动力电池故障识别与诊断，随着我国信息技术的快速发展，以大数据技术、机器学习技术为代表的前沿技术成为推动众多领域创新发展的核心动力，尤其对于新能源汽车动力电池故障识别与诊断方面表现出独特的优势与巨大的潜力。传统的故障诊断方法主要依赖于专家经验以及物理模型，不仅效率不高，而且还难以满足复杂多变的市场需求。基于数据驱动的故障诊断技术，主要依托先进的大数据技术来寻找故障的潜在迹象和规律，从而显著提高判断的准确性与效率。当前，部分企业已经成功应用了智慧专家系统，依托先进的技术以及大数据算法来高效率分析汽车行驶过程中出现的故障码，以此为基础，快速生成维修建议，提高故障解决的有效性与实效性。其次，关于动力电池系统故障预测，数据表明，科学预测有助于有效预防可能出现的重大事故，从而推动新能源汽车行业向更高层次发展。部分学者反映，当前针对这一问题的研究难点在于怎样通过组建电池故障预测机制、实施多级报警。目前，应用最广泛的为数据驱动方法，具体来说，指的是通过大量搜集新能源汽车在实际行驶过程中的数据，依托时间序列模型以及融合模型，明确数据特征和故障之间的关联性。未来，伴随着更多创新技术的加入，相信新能源汽车动力电池系统故障诊断领域将会迎来突破性的发展。

6 结语

综上所述，从现实情况出发，我国的新能源汽车还在不断发展、不断完善的重要阶段，尤其是动力电池系统依旧存在各式各样的问题亟待解决。通过本文对新能源汽车动力电池系统故障诊断的基本方法、有效策略等相关内容的详细介绍，以期为确保动力电池系统整体稳定性、安全性贡献力量，从而最大程度地降低新能源汽车行驶安全隐患，助推新能源汽车售后市场实现良性发展。

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