在電池管理系統(tǒng)中，故障診斷是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，完善的故障診斷策略是保障車輛正常、安全運(yùn)行的必備條件。本文基于一套電池管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池4 個(gè)類別共14 項(xiàng)故障的全面診斷與處理，有效提高了動(dòng)力電池及整車安全運(yùn)行的可靠性。

電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，BMS）是純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的核心，其主要任務(wù)是保證電池系統(tǒng)安全性、耐久性及動(dòng)力性。電池故障診斷是保證電池安全的必要技術(shù)之一，國(guó)家（推薦性）標(biāo)準(zhǔn)GB/T 38661—2020 規(guī)定電池管理系統(tǒng)需具備電池故障診斷功能，并規(guī)定了電池故障診斷基本項(xiàng)目及可擴(kuò)展項(xiàng)目共17 項(xiàng)故障?；谖宜綜項(xiàng)目，我們開發(fā)了一套具有故障診斷功能的電池管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)將電池故障分為電池安全故障、電池嚴(yán)重故障、電池一般故障及硬件故障4 個(gè)類別共14 項(xiàng)故障（圖1），通過對(duì)這些故障進(jìn)行診斷并處理，保證了純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)的安全可靠。

故障診斷與處理

1. 安全類電池故障

安全類電池故障會(huì)威脅到客戶的人身安全，如車輛起火等。此類故障主要包含電池?zé)崾Э毓收?。鋰離子電池（三元）的安全工作區(qū)域如圖2 所示，當(dāng)電池溫度超過150 ℃時(shí)，電池電芯易發(fā)生熱失控起火爆炸，進(jìn)而熱擴(kuò)散，導(dǎo)致電池包甚至整車起火燃燒，嚴(yán)重影響駕駛員人身安全。GB 38031—2020《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求標(biāo)準(zhǔn)》最新規(guī)定，電池包或系統(tǒng)在由于單個(gè)電池?zé)崾Э匾馃釘U(kuò)散，進(jìn)而導(dǎo)致乘員艙發(fā)生危險(xiǎn)之前5 min，應(yīng)提供一個(gè)熱事件報(bào)警信號(hào)。

C 項(xiàng)目管理系統(tǒng)，當(dāng)電池包內(nèi)某一單體發(fā)生熱失控時(shí)，可實(shí)時(shí)上報(bào)報(bào)警信號(hào)，VCU 識(shí)別到報(bào)警信號(hào)后提示客戶離開，并啟動(dòng)電池液冷系統(tǒng)對(duì)電池包進(jìn)行冷卻降溫，保證了客戶的人身安全，見表1。

2. 電池嚴(yán)重故障

電池嚴(yán)重故障為可造成車輛動(dòng)力中斷的故障，影響車輛正常行駛。此類故障主要包含電池外短路、電池絕緣、電池過充、過放、過溫、充電過流和放電過流故障，見表2。電池外短路故障：電池在充放電過程中，高壓回路發(fā)生短路會(huì)導(dǎo)致鋰電池發(fā)生損壞，造成車輛動(dòng)力中斷。BMS 通過識(shí)別高壓回路中的電流大小，來判斷電池包發(fā)生外短路故障；VCU 識(shí)別到故障碼后迅速斷開接觸器—熔斷器高壓保護(hù)回路，避免電池發(fā)生損壞。

電池絕緣故障：電池絕緣阻值降低時(shí)，造成電池發(fā)生漏電現(xiàn)象，可能會(huì)導(dǎo)致客戶發(fā)生觸電，對(duì)客戶人身安全產(chǎn)生影響。C 項(xiàng)目管理系統(tǒng)，通過電阻橋法對(duì)高壓回路絕緣阻值進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，當(dāng)絕緣阻值低于某一故障閾值后，BMS 上報(bào)絕緣嚴(yán)重故障。

VCU 識(shí)別到故障后，提示客戶前往4S 店保養(yǎng)電池。電池過充、過放及過溫故障：如圖2 所示，當(dāng)電池過充時(shí)，電池容易形成鋰枝晶造成電池內(nèi)短路；電池過放時(shí)，正極破壞造成短路；電池過溫時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池發(fā)生熱失控；電池過充、過放及過溫均會(huì)對(duì)電池造成不可逆損壞，甚至發(fā)生熱失控安全事故。C 項(xiàng)目管理系統(tǒng)，通過識(shí)別電池電壓、溫度來判斷電池是否發(fā)生過充、過放及過溫故障。

電池充電過流、放電過流故障：當(dāng)電池充電電流或放電電流高于故障閾值時(shí)，會(huì)對(duì)電池造成不可逆的損壞。VCU 識(shí)別到BMS 上報(bào)的電池充電過流或放電過流故障后，斷開高壓，停止當(dāng)次充放電過程。

3. 一般類電池故障

一般電池故障不會(huì)造成車輛動(dòng)力中斷，但會(huì)對(duì)電池功能產(chǎn)生影響，如影響車輛續(xù)駛里程，對(duì)車輛進(jìn)行限功率等，此類故障主要包括電池壓差、電池溫差故障，見表3。電池壓差過大故障：當(dāng)電池中某一串模塊自放電較為嚴(yán)重時(shí)，該模塊電壓與其他相比壓差較大，當(dāng)壓差超過故障閾值時(shí)，BMS 即會(huì)上報(bào)電池壓差故障。由于車輛放電過程以Vmin 作為判斷依據(jù)，電池壓差較大，會(huì)造成車輛可用續(xù)駛里程減少，甚至?xí)餝OC不準(zhǔn)，影響車輛正常行駛。

電池溫差過大故障：電池電壓與溫度強(qiáng)相關(guān)，當(dāng)電池溫差較大時(shí)，最高溫度點(diǎn)與最低溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)電壓差值會(huì)增大，造成電池一致性降低，壓差增大，會(huì)造成車輛可用續(xù)駛里程減少，甚至?xí)餝OC 不準(zhǔn)，影響車輛正常行駛。

4. 硬件故障

硬件故障主要是對(duì)電池電壓、電流、溫度及絕緣等信息的采集單元進(jìn)行診斷，若采集單元發(fā)生故障，則電池信息將無法上報(bào)，車輛將無法正常使用。硬件故障主要包含電壓采集線松動(dòng)、電流傳感器采集失效、溫度傳感器短路/ 開路、絕緣檢測(cè)系統(tǒng)故障，見表4。

電壓采集線松動(dòng)故障：電壓采集線松動(dòng)時(shí)，采集線對(duì)應(yīng)電池單體的采集電壓將異常偏高或偏低，若不將此異常電壓剔除，則易觸發(fā)電池欠壓或過壓故障，造成車輛無法正常行駛。當(dāng)BMS 檢測(cè)到某一單體電壓有異常變化時(shí)，BMS 即上報(bào)采集線松動(dòng)故障。

電流傳感器采集失效：電流傳感器采集失效時(shí)，采集的電流值將為無效值，造成車輛安時(shí)積分不準(zhǔn)確，SOC 不準(zhǔn)，影響車輛正常行駛。當(dāng)BMS 檢測(cè)到電池電壓變化但電流未發(fā)生變化時(shí)，即上報(bào)電流傳感器采集失效故障。

溫度傳感器采集失效：溫度傳感器采集失效時(shí)，采集線束對(duì)應(yīng)溫感的采集溫度將異常偏高和偏低，若不將此異常溫度剔除，則易觸發(fā)電池過溫故障，造成車輛無法正常行駛。當(dāng)BMS 檢測(cè)到某一溫感信息有異常時(shí)，BMS 即上報(bào)溫度傳感器采集失效故障。

絕緣檢測(cè)系統(tǒng)故障：當(dāng)絕緣檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，BMS 無法檢測(cè)到高壓回路絕緣狀態(tài)。若高壓回路此時(shí)絕緣發(fā)生異常，BMS 無法上報(bào)絕緣嚴(yán)重故障，可能會(huì)造成客戶觸電風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)束語

電池管理系統(tǒng)及動(dòng)力電池的故障診斷與處理，對(duì)保障動(dòng)力電池及保障整車安全可靠運(yùn)行具有重要意義。

本文詳細(xì)介紹了我司自主研發(fā)的電池管理系統(tǒng)中的故障診斷與處理功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池安全故障、電池嚴(yán)重故障、電池一般故障及硬件故障的全面故障與處理，可精確診斷并上報(bào)對(duì)應(yīng)故障碼，同時(shí)整車識(shí)別到故障碼后也會(huì)做相應(yīng)預(yù)警與處理，充分保證了車輛安全及可靠運(yùn)行。

相關(guān)知識(shí)

電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)故障診斷與處理
新能源汽車電池管理系統(tǒng)優(yōu)化策略.pptx
純電動(dòng)汽車5 電池管理系統(tǒng)與能量管理系統(tǒng)ppt課件.ppt
電池診斷在電動(dòng)汽車時(shí)代的作用
電動(dòng)汽車的電池健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng).docx
電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)
EIS：電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的下一階段？
電池包動(dòng)態(tài):探究智能電動(dòng)汽車的能源管理技術(shù)
重慶大學(xué)：2024鋰電池健康管理與故障診斷報(bào)告.pdf
儲(chǔ)能大會(huì)：鋰電池健康管理與故障診斷

網(wǎng)址: 電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)故障診斷與處理 http://www.gysdgmq.cn/newsview1388091.html