新能源汽车动力电池系统故障诊断研究综述

新能源汽车动力电池系统故障诊断研究综述

张家财,刘光辉 ,贾国栋 ,尹旭东

河南工学院  河南新乡  453003

摘要：能源安全以及环境危机逐渐严峻，世界范围内各个国家采取多样化措施致力于有害污染物排放以及能耗降低。积极发展新能源汽车，将电动汽车以及混合动力汽车作为代表，其已经成为国际共识以及我国重要战略之一。其中锂离子广泛应用在新能源汽车以及储能电站领域中，其优势主要是能量密度高、功率密度高以及使用时间长等。本文对新能源汽车动力电池系统故障诊断研究进行分析，以供参考。

关键词：新能源汽车；动力电池系统；故障诊断；综述

引言

伴随新能源汽车实现快速发展，近些年相关火灾事故报道数量增加，可知动力电池问题造成的新能源汽车事故占比较高。此种电池故障主要是指过充、过放以及过热等，上述故障会造成电池组内部温度数值以及压力数值上升，造成电池系统失去控制。避免新能源汽车安全事故出现，目前相关研究人员从车载端以及云端实施全方位电池故障诊断以及安全管理工作。以往车载端电池管理系统，借助检测电池组的电压参数、电流参数等，评估电池组的实际充电情况以及健康状态，以此确保动力电池安全性，但由于过程中会受到BMS限制，安全预警策略比较简单，不能实时管控电池系统安全。为解决上述问题，需重视远程平台故障诊断以及预警技术，借助车载终端可将动力电池系统数据传输到新能源汽车大数据云端平台，可通过挖掘海量数据综合性分析动力电池故障诊断方式。

1新能源汽车动力电池管理系统分析

在新能源汽车领域中，动力电池管理系统功能主要有两方面，其一是实时监控电池性能参数，其二是依据应用环境对电池温度进行有效控制，防止电池温度数值过高或者是过低，对电池寿命以及使用性能造成影响。过程中电池管理系统产生故障，上述功能会受到限制，不能有效预估电池符合问题，造成电池失去有效控制，损伤电池，严重情况下会造成汽车行驶故障，对人们的生命财产安全造成威胁。

2新能源汽车动力电池系统故障

第一是过量的充电。为了更好地满足车辆动力对于电压以及电池容量的要求，动力电池系统会采取多个单个电池串联或者是并联的方式进行连接，但是因为制造过程当中存在一定的问题以及行驶环境有较大的差别，从而导致单个电池的状态存在一定的差异。新能源汽车在进行充电的过程当中，因为动力电池充电器发生故障或者是动力电池的管理单元对于电池的状态评估出现误差，就会导致动力电池当中某个或者是某几个单个电池存在过量充电的现象，即便是动力电池系统的总电压处于安全的区间内，但是有一部分单个电池依旧会出现过量充电的情况。锂离子电池一旦出现过量充电的情况将会导致电池内部电化学反应以及一些重要物质出现流失，电池的温度会出现大幅上升，就很有可能会导致电池发生爆炸；第二是过量放电。一般情况下如果能够设置好放电截止的电压，就能够有效避免出现过量放电的情况发生，但是因为电流造成的冲击比较大，还有动力电池管理单元设计存在漏洞，电池使用时间较长或者是电池组之间状态存在差异等等原因，依旧导致过量放电问题时常发生。当发生过量放电的情况的时候，动力电池负极的锂离子的脱出能力会出现一定程度的下降，电池极化的电压会出现一定幅度的上升，这就会给动力电池的放电速度造成一定的影响。即便过量放电不会导致动力电池出现热失控的情况，但依旧会导致动力电池容量出现下降以及热稳定性出现下降。

3动力电池系统故障诊断的方式

3.1基于知识的故障诊断方式

第一是专家法，这一方式的重点是知识库以及推理机，利用大数据能够有效促进推理结果的得出；第二是故障树分析方式，这一方式能够有效对动力电池系统的安全系数以及可靠性能进行分析研究。

3.2基于模型的故障诊断方式

这一诊断的方法需要利用与电池相关的模型所得出的估算值与实际的测量数值进行对比，这两者所产生的差异就是残差，这一残差可以作为故障信号，利用这一信号可以对故障所产生的特点进行分析。

3.3基于数据信息的故障诊断方式

随着科学技术的发展，利用云计算技术新能源汽车数据收集平台，利用大数据分析技术研发而成的故障诊断技术逐渐得到应用。

4动力电池系统压差改善方案

4.1优化电芯生产工艺与建立市场维护机制

生产端加强生产环境管理，优化除尘工序，减少粉尘混入的可能。在市场端建立维护机制。对于充电末端压差≥50mV的电池系统，需要均衡补电，均衡合格标准为充电末端压差≤30mV。针对均衡后的电芯，当每月充电末端压差增长≥20.72mV/月时，需要通过手动均衡维护或更换模组的办法使压差问题得到改善。

4.2ESD防护与光耦更换

对生产环境中ESD防护进行检查，从人员、设备、物料等方面进行改善：更换掉人员佩戴的表面阻抗超标的静电手套，更换掉阻抗超标的静电皮及座椅，更换掉非防静电材质的不良品放置盒，生产环境得到了明显改善。由于光耦短期内无法改善抗ESD能力，目前只能更换光耦，更换的晶片面积增大至之前的8.18倍，耐压能力较之前增加了20V，且MOSFET外围保护环间距增大，对更换后的车辆进行跟踪，车辆的压差均在正常范围内，压差问题得到很大改善。

结束语

针对动力电池系统压差问题，采用大数据分析与现场拆解方法，发现问题原因有电芯生产工艺、电芯自放电率异常、电芯自放电率一致性和均衡能力不匹配，以及静电导致光耦器件失效的漏电流。针对问题原因，提出了具体优化措施，包括对自放电率异常电芯进行手动均衡维护或更换模组，更换BMS外壳材质提高散热能力并优化均衡策略，以及生产环节加强静电防护并更换光耦器件。各优化措施有效改善了电池系统的压差过大问题，这为压差问题提供了分析思路和解决方法。

参考文献

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[3]陈明华.新能源汽车的维修与故障诊断技术研究[J].汽车实用技术,2018(24):7-8+24.