起亞KX3純電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)故障信息及處理分析

江蘇省交通技師學(xué)院 吳 飛

起亞KX3純電動(dòng)汽車于2018年年底上市，搭載一塊容量為45.2 kWh的三元鋰電池，最大續(xù)航里程約為300 km。本文簡(jiǎn)要介紹起亞KX3純電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)，并對(duì)電池管理系統(tǒng)的主要功能和上電下電控制邏輯進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，歸納總結(jié)電池系統(tǒng)常見的19種故障信息，并以其中5種典型故障為例說明電池管理系統(tǒng)（BMS）的處理方式。

1 電池系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)概要

起亞KX3純電動(dòng)汽車采用KCEV250（43 Ah）動(dòng)力蓄電池，標(biāo)稱電壓250.1 V，工作電壓為268.8 V～403.2 V，電池總能量為45.2 kWh，總質(zhì)量為374.5 kg，電池箱尺寸為1 882 mm×1 299 mm×321 mm。整個(gè)動(dòng)力電池由24個(gè)電池模組串聯(lián)而成，每個(gè)模組容量為129 Ah，尺寸為355 mm×151 mm×108 mm，重量為11.9 kg，模組標(biāo)稱電壓為14.6 V。每個(gè)模組包括12個(gè)電芯，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為3并4串（簡(jiǎn)稱3P4S串模組），電芯的標(biāo)稱容量為43 Ah（3.65 V），電芯尺寸為26.5 mm×148 mm×97.5 mm。

起亞K X3純電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)主要包括繼電器盒（BDU）、24個(gè)3并4串電池模組（3P4S串模組）、線束總成、1個(gè)電池主控單元（BMU）、3個(gè)電池從控單元（LMU）、安全插頭（MSD）、充放電口和通訊線口，主要結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 起亞KX3純電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)

2 電池管理系統(tǒng)的主要功能

起亞KX3純電動(dòng)汽車BMS由1個(gè)BMU和3個(gè)LMU組成，LMU主要功能是采集電池單體電壓、溫度數(shù)據(jù)，并對(duì)單體電壓進(jìn)行均衡，BMU主要功能是管理LMU，控制充電繼電器，絕緣檢測(cè)以及與整車和充電樁進(jìn)行通信。電池管理系統(tǒng)電氣原理如圖2所示。

電池管理系統(tǒng)的主要功能有電池參數(shù)檢測(cè)（電池電壓檢測(cè)與分析、電池電流檢測(cè)與分析、電池溫度檢測(cè)與分析）、高壓安全管理（高壓互鎖HVIL、高壓絕緣監(jiān)測(cè)）、SOC/SOH檢測(cè)（剩余容量估算、電池健康估算、高精度容量積分）、電池安全管理（過充/過放保護(hù)、過流/過溫/低溫保護(hù)、多級(jí)保障診斷保護(hù)）、均衡管理（基于電壓模式的均衡、基于時(shí)間模式的均衡、基于電芯SOC的均衡、雙向主動(dòng)均衡模式）、其他特點(diǎn)功能（低功耗、歷史數(shù)據(jù)記錄、級(jí)聯(lián)靈活擴(kuò)展、CRC數(shù)據(jù)校驗(yàn)）。

動(dòng)力電池高壓電的上電流程為：整車預(yù)充完成→整車閉合繼電器→BMS檢測(cè)有無故障，若有一級(jí)故障，則發(fā)送斷開繼電器請(qǐng)求，若沒有故障則上電，其中在整車閉合繼電器前整車可能還會(huì)判斷BMS的高壓互鎖信號(hào)是否正常，其上電控制邏輯如圖3所示。動(dòng)力電池高壓電的下電通過整車斷開繼電器完成正常下電，若電池管理系統(tǒng)BMS在運(yùn)行中檢測(cè)到一級(jí)故障，則發(fā)送斷開繼電器請(qǐng)求，完成異常下電。

3 電池系統(tǒng)故障信息及處理分析

起亞KX3純電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)上報(bào)故障信息主要有19項(xiàng)，見表1所列。

對(duì)于不同的故障，BMS處理的方案也不同，下面針對(duì)電動(dòng)汽車常見的故障說明BMS的處理方案。

3.1 充電過流一級(jí)故障處理

（1）BMS上報(bào)整車充電過流一級(jí)故障的條件如下：

1）充電實(shí)際電流大于295 A；

2）持續(xù)時(shí)間大于30 s。

（2）充電過流一級(jí)故障消除的條件是：上述兩條件未同時(shí)成立，就會(huì)自動(dòng)消除故障。

（3）此故障發(fā)生后的處理方案如下：

1）20 s將放電功率降為0；

2）20 s將充電功率降為10 kW；

3）斷開加熱；

4）充電放電功率降為5 kW，請(qǐng)求斷開整車控制電池繼電器。

圖2 電池管理系統(tǒng)電氣原理

圖3 動(dòng)力電池上電控制邏輯

表1 電池管理系統(tǒng)上報(bào)故障信息

3.2 放電過流一級(jí)故障處理

（1）上報(bào)整車放電過流一級(jí)故障的條件如下：

1）放電實(shí)際電流大于295 A；

2）持續(xù)時(shí)間大于30 s。

（2）放電過流一級(jí)故障消除的條件是：上述兩條件未同時(shí)成立，就會(huì)自動(dòng)消除故障。

（3）此故障發(fā)生后的處理方案如下：

1）20 s將放電功率降為0 kW；

2）20 s將充電功率降為10 kW；

3）斷開加熱；

4）充電放電功率降為5 kW，請(qǐng)求斷開整車控制電池繼電器。

3.3 絕緣檢測(cè)一級(jí)故障處理

（1）BMS上報(bào)整車絕緣一級(jí)故障的條件如下：

1）檢測(cè)絕緣阻值小于80 kΩ；

2）持續(xù)時(shí)間大于15 s。

（2）絕緣一級(jí)故障消除的條件是：上述兩條件未同時(shí)成立，就會(huì)自動(dòng)消除故障。

（3）此故障發(fā)生后的處理方案如下：

1）20 s將放電功率降為0 kW；

2）20 s將充電功率降為10 kW；

3）斷開加熱；

4）中止充電；

5）充電放電功率降為5 kW，請(qǐng)求斷開整車控制電池繼電器。

3.4 通信故障處理

（1）BMS上報(bào)整車通信故障的條件如下：

1）通信數(shù)據(jù)標(biāo)志異常；

2）持續(xù)時(shí)間大于10 s。

（2）通信故障消除的條件是：上述兩條件未同時(shí)成立，就會(huì)自動(dòng)消除故障。

（3）此故障發(fā)生后的處理方案如下：

1）20 s將放電功率降為0 kW；

2）20 s將回饋充電功率降為10 kW;

3）斷開加熱；

4）中止充電；

5）充電放電功率降為5 kW，請(qǐng)求斷開整車控制電池繼電器。

3.5 高壓互鎖故障處理

（1）BMS上報(bào)高壓互鎖故障的條件有兩點(diǎn)：BMS檢測(cè)PWM占空比不滿足條件。

（2）BMS上報(bào)高壓互鎖故障消除的條件是：檢測(cè)到PWM占空比正常。

（3）此故障發(fā)生后的處理方案如下：

1）發(fā)送給整車高壓互鎖存在故障；

2）不進(jìn)行絕緣監(jiān)測(cè)。

4 總結(jié)

起亞KX3純電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)（BMS）主要功能有檢測(cè)總電壓、電流、單體電壓、溫度采集、絕緣檢測(cè)、SOL估算、故障報(bào)警、充放電功率管理等，同時(shí)對(duì)于不同的故障信息有相應(yīng)的處理方案，在車輛售后服務(wù)中通過使用相應(yīng)診斷工具可得到故障信息，為解決車輛問題提供方便。