電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)的故障診斷的研究

梁永發(fā)

摘 要：隨著科技的快速發(fā)展和進(jìn)步，我國(guó)的汽車已經(jīng)開始從耗油汽車向電動(dòng)汽車進(jìn)行轉(zhuǎn)型。現(xiàn)在這幾年電動(dòng)汽車發(fā)展的越來(lái)越快，人們使用的情況也在不斷的上升。在電動(dòng)汽車中最重要的就是電池管理系統(tǒng)，因?yàn)殡姵毓芾硐到y(tǒng)不僅需要控制電池，還會(huì)影響整個(gè)車的系統(tǒng)。如果電動(dòng)汽車的鋰電池管理系統(tǒng)發(fā)生故障，在診斷故障和修復(fù)上會(huì)非常的困難，所以在平時(shí)的時(shí)候一定要加強(qiáng)對(duì)電池的愛(ài)護(hù)。本文通過(guò)分析電動(dòng)汽車鋰電池的原理和目前出現(xiàn)的一些系統(tǒng)故障等，深入了解發(fā)生故障的原因，同時(shí)找出一些快速診斷故障的方法和解決故障的措施，希望能夠給以后的電動(dòng)汽車發(fā)展帶來(lái)一些幫助。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;鋰電池管理系統(tǒng);故障診斷

1 引言

近幾年國(guó)家和政府都開始重點(diǎn)扶植電動(dòng)汽車行業(yè)，讓電動(dòng)汽車行業(yè)得到了快速發(fā)展的機(jī)會(huì)，但是在實(shí)際發(fā)展的時(shí)候出現(xiàn)了一定的阻礙，就是電動(dòng)汽車?yán)锩娴匿囯姵貑?wèn)題，因?yàn)殡妱?dòng)汽車?yán)锩娴膭?dòng)力全部來(lái)自于電池，所以電池的性能會(huì)直接影響電動(dòng)汽車的安全和行駛情況。電動(dòng)汽車?yán)锩娴碾姵叵到y(tǒng)屬于一種高壓部件，電池系統(tǒng)的質(zhì)量能夠影響整個(gè)電動(dòng)汽車的安全和可靠。通過(guò)以往的分析能夠發(fā)現(xiàn)在電池系統(tǒng)里面經(jīng)常發(fā)生的故障的部位主要有以下幾個(gè)：傳感器故障、執(zhí)行器故障、元件部的故障等。這些故障如果發(fā)生不僅會(huì)影響汽車的系統(tǒng)性能，還會(huì)出現(xiàn)安全事故。

2 電動(dòng)汽車鋰電池原理

鋰離子和一般的化學(xué)能源不同，鋰電池在充電的時(shí)候主要是通過(guò)嵌入電池來(lái)完成，放電的時(shí)候通過(guò)脫嵌電池來(lái)完成。電池充電就是把鋰離子從正極中脫出來(lái)，經(jīng)過(guò)電解液的幫助穿過(guò)隔膜進(jìn)入到負(fù)極材料中;電池放電就是把鋰離子從負(fù)極中脫出來(lái)，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)的幫助穿過(guò)隔膜回到正極。

3 電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)概述

在電動(dòng)汽車?yán)锩驿囯姵毓芾硐到y(tǒng)主要的作用就是測(cè)量電池參數(shù)，控制電池工作的狀態(tài)，在穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行的只能電池測(cè)量系統(tǒng)。鋰電池管理系統(tǒng)不僅是檢測(cè)電池參數(shù)的智能管理系統(tǒng)，還能預(yù)測(cè)出電池的剩余電量。電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)主要包括：狀態(tài)估計(jì)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)采集、故障診斷等。

電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)的主要功能包括：（1）通過(guò)測(cè)量了解鋰電池的各個(gè)信息參數(shù);（2）建立電池管理系統(tǒng)的通信總線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的交換;（3）通過(guò)鋰電池管理系統(tǒng)的幫助來(lái)對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行故障診斷和檢測(cè);（4）為了更好的保證電動(dòng)汽車能夠正常使用，電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)里面還有一些關(guān)于BMS的管理控制功能，主要包括：電池均衡、熱管理、控制信號(hào)的輸送等。

電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)的特點(diǎn)：在電動(dòng)汽車?yán)锩孢B接車載動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車的重要紐帶就是鋰電池管理系統(tǒng)。鋰電池管理系統(tǒng)主要的任務(wù)就是檢測(cè)電池的使用狀態(tài)，分析電池參數(shù)，控制電池充電和放電。因?yàn)槎坞姵乩锩嬗泻芏嗟娜秉c(diǎn)在使用的時(shí)候經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)壽命短等情況，要想真正的分析好電池的性能就需要電池管理系統(tǒng)的幫助。電池管理系統(tǒng)能夠有效的控制電池，幫助電池提高電池的利用率，增加電池的壽命。

4 系統(tǒng)故障原因及診斷

4.1 系統(tǒng)故障原因

4.1.1 充放電電路故障

目前影響電動(dòng)汽車電池壽命最主要的故障就是充放電短路故障。電動(dòng)汽車在使用的時(shí)候如果出現(xiàn)充放電短路故障就會(huì)出現(xiàn)安全事故。目前引起充放電短路故障的主要原因包括：（1）鋰電池電池不一致，電池組之間存在電壓和電阻等參數(shù)不同引起的，一個(gè)電池不一樣就會(huì)讓整個(gè)電池組都出現(xiàn)故障;（2）鋰電池充放電過(guò)量。每一個(gè)電池的本身都有一定的壽命，電池的容量也有一定的限制，如果電池經(jīng)常充電就會(huì)讓電池本身出現(xiàn)損傷，所以要等電池充滿電之后一定要及時(shí)的拔出電源，此外還需要注意電池不能出現(xiàn)過(guò)充情況，如果出現(xiàn)過(guò)充情況就會(huì)非常容易引起對(duì)電解液與電極之間的破壞，最終出現(xiàn)內(nèi)部短路的情況發(fā)生。

4.1.2 電池組故障

鋰電池管理系統(tǒng)中重要的構(gòu)成就是電池組，電池組由多個(gè)鋰電池組成，因?yàn)槊總€(gè)電池本身的差異，在使用的時(shí)候經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電池續(xù)航里程降低的情況發(fā)生，這主要的原因就是因?yàn)殡姵亟M里面電池單體放電過(guò)量。

4.1.3 BMS故障

電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)主要的作用就是監(jiān)視和管理電動(dòng)汽車。因?yàn)樵贐MS系統(tǒng)里面有很多的單片機(jī)，所以經(jīng)常容易出現(xiàn)故障。

4.2 電動(dòng)汽車電池原理系統(tǒng)故障診斷模型

4.2.1 影響鋰電池的因素模型

電動(dòng)汽車電池在使用的時(shí)候和溫度有著密不可分的關(guān)系，鋰電池在50℃的時(shí)候需要經(jīng)歷141個(gè)周期循環(huán)才能降低SOC的濃度。所以降低電池故障可以從降低溫度入手。電池?zé)嶙兓^(guò)程是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程，電池產(chǎn)熱的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)一種不可逆的副反應(yīng)熱，電池?zé)崃康男纬珊碗娏鲝?qiáng)度還有溫度都有關(guān)系。

4.2.2 電池荷載狀況模型

在使用鋰電池的時(shí)候能夠顯示電池剩余電量和顯示管理電池系統(tǒng)主要的參數(shù)就是鋰電池的荷載狀態(tài)。電池在長(zhǎng)期使用之后就會(huì)影響降低電池的壽命。所以電池管理系統(tǒng)故障診斷的最重要方法就是準(zhǔn)確的測(cè)量鋰電池的荷載狀態(tài)。一般在測(cè)量的時(shí)候會(huì)使用以下的方法：首先是SOC估算方法，電動(dòng)汽車?yán)锩娴碾姵乇旧斫Y(jié)構(gòu)就非常的復(fù)雜，很難通過(guò)計(jì)算來(lái)了解參數(shù)，所以一般都使用評(píng)估方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算。在評(píng)估的時(shí)候主要評(píng)估的是電池電流和電壓的情況，一般使用的方法包括：放電實(shí)驗(yàn)法、內(nèi)阻法等。

Vapnik等研究者在研究的時(shí)候又發(fā)現(xiàn)了一種GA-LSSVR方法，這種方法是在統(tǒng)計(jì)學(xué)的基礎(chǔ)上提出的，在計(jì)算的時(shí)候能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)選擇困難的問(wèn)題。在實(shí)際工作中使用GA-LSSVR方法的時(shí)候需要注意一定要先對(duì)LSSVR進(jìn)行測(cè)試，之后會(huì)隨之生成一種二進(jìn)制的編碼，這個(gè)時(shí)候就可以利用相應(yīng)的計(jì)算程度測(cè)出寬度值，如果測(cè)出的寬度值符合實(shí)際的要求就能夠得出最后的參數(shù)值。

選擇電動(dòng)汽車鋰離子電力電池的工作電流和溫度還有電壓作為輸入就可以得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)的反應(yīng)能夠知道動(dòng)力電池在實(shí)際充電的時(shí)候經(jīng)常會(huì)受到一些外界因素的影響導(dǎo)致電池出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)生成一定的熱量。電池的工作電壓顯示出來(lái)的都是在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下鋰電池的能量，隨著能量的降低壽命也會(huì)慢慢的降低。

5 解決策略分析

要想保證電動(dòng)汽車的安全就需要提高電動(dòng)汽車管理系統(tǒng)，在解決診斷的時(shí)候可以包括以下內(nèi)容：電動(dòng)汽車的所有動(dòng)力都來(lái)源于電池里面，隨著科技的快速發(fā)展，電池也在不停的進(jìn)步，電力續(xù)航的公里數(shù)也在不斷的增加。動(dòng)力電池優(yōu)化的最重要組成部分就是電池管理系統(tǒng)，這也是對(duì)電動(dòng)汽車安全行駛最重要的一個(gè)關(guān)鍵，電池組里面由電池單體組成，所以在放電的時(shí)候經(jīng)常會(huì)因?yàn)閱误w的原因影響電池組的正常工作。

電動(dòng)汽車在形式的時(shí)候如果突然出現(xiàn)了動(dòng)力故障，最主要的原因就是因?yàn)殡妱?dòng)汽車?yán)锩娴碾姵剡^(guò)度放電導(dǎo)致的，電動(dòng)汽車電池過(guò)度放電會(huì)讓負(fù)極板里面的鋰離子出現(xiàn)脫落情況，導(dǎo)致所有的負(fù)極層狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)坍塌，這個(gè)時(shí)候在充電的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)一些阻力，這些阻力會(huì)在負(fù)極的地方形成一個(gè)新的SEI膜，讓輸入進(jìn)來(lái)的所有鋰離子被消耗掉，這個(gè)時(shí)候電池的壽命就會(huì)大大的降低。

在排出電動(dòng)車故障的時(shí)候需要等電動(dòng)汽車充滿之后在有針對(duì)性的對(duì)電動(dòng)汽車?yán)锩驿囯姵剡M(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)的讀取，最終了解單體高低電壓和序列的參數(shù)，最終找出電池出現(xiàn)故障的原因，同時(shí)還需要根據(jù)分析找到合適的電池來(lái)進(jìn)行更換，不能直接使用新的電池，也不能隨便更換電池。

因?yàn)殡妱?dòng)汽車在安裝的時(shí)候里面會(huì)存在威脅人生命的壓蓄電池組，如果在行駛的時(shí)候發(fā)生緊急情況或者是碰撞的時(shí)候電池里面的絕緣性會(huì)迅速下降，這個(gè)時(shí)候安裝在電動(dòng)汽車?yán)锩娴腂CM就會(huì)及時(shí)的診斷出被碰撞的信號(hào)，并且快速的切斷動(dòng)力電池的高壓回路，減少高壓觸電的情況發(fā)生。

6 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)在人們的環(huán)保意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，電動(dòng)汽車行業(yè)的市場(chǎng)份額在不斷的增加。鋰電池管理系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車中最關(guān)鍵的一部分，需要不斷的提高鋰電池管理系統(tǒng)本身的專業(yè)技術(shù)，只有這樣才能有效的加強(qiáng)我國(guó)電動(dòng)汽車行業(yè)生產(chǎn)加工的能力，但因?yàn)殡姵毓芾硐到y(tǒng)里面的結(jié)構(gòu)非常的復(fù)雜，相應(yīng)的技術(shù)也還沒(méi)有完善全，所以在使用的時(shí)候還經(jīng)常出現(xiàn)一些故障，要想更好的降低科學(xué)電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的故障就需要減少鋰電池出現(xiàn)故障的幾率，這樣才能提升電動(dòng)汽車自身的安全，最終達(dá)到保障人們安全的目的。為了保證電動(dòng)汽車安全高效的行駛，最重要的就是要研究如何提高電池的性能和電池的安全。

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