電動汽車鋰電池管理系統的故障診斷的研究

梁永發

摘 要：隨著科技的快速發展和進步，我國的汽車已經開始從耗油汽車向電動汽車進行轉型。現在這幾年電動汽車發展的越來越快，人們使用的情況也在不斷的上升。在電動汽車中最重要的就是電池管理系統，因為電池管理系統不僅需要控制電池，還會影響整個車的系統。如果電動汽車的鋰電池管理系統發生故障，在診斷故障和修復上會非常的困難，所以在平時的時候一定要加強對電池的愛護。本文通過分析電動汽車鋰電池的原理和目前出現的一些系統故障等，深入了解發生故障的原因，同時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汽車發展帶來一些幫助。

關鍵詞：電動汽車;鋰電池管理系統;故障診斷

1 引言

近幾年國家和政府都開始重點扶植電動汽車行業，讓電動汽車行業得到了快速發展的機會，但是在實際發展的時候出現了一定的阻礙，就是電動汽車里面的鋰電池問題，因為電動汽車里面的動力全部來自于電池，所以電池的性能會直接影響電動汽車的安全和行駛情況。電動汽車里面的電池系統屬于一種高壓部件，電池系統的質量能夠影響整個電動汽車的安全和可靠。通過以往的分析能夠發現在電池系統里面經常發生的故障的部位主要有以下幾個：傳感器故障、執行器故障、元件部的故障等。這些故障如果發生不僅會影響汽車的系統性能，還會出現安全事故。

2 電動汽車鋰電池原理

鋰離子和一般的化學能源不同，鋰電池在充電的時候主要是通過嵌入電池來完成，放電的時候通過脫嵌電池來完成。電池充電就是把鋰離子從正極中脫出來，經過電解液的幫助穿過隔膜進入到負極材料中;電池放電就是把鋰離子從負極中脫出來，經過電解質的幫助穿過隔膜回到正極。

3 電動汽車鋰電池管理系統概述

在電動汽車里面鋰電池管理系統主要的作用就是測量電池參數，控制電池工作的狀態，在穩定狀態下運行的只能電池測量系統。鋰電池管理系統不僅是檢測電池參數的智能管理系統，還能預測出電池的剩余電量。電動汽車鋰電池管理系統主要包括：狀態估計、數據顯示、數據采集、故障診斷等。

電動汽車鋰電池管理系統的主要功能包括：（1）通過測量了解鋰電池的各個信息參數;（2）建立電池管理系統的通信總線，實現數據之間的交換;（3）通過鋰電池管理系統的幫助來對電動汽車進行故障診斷和檢測;（4）為了更好的保證電動汽車能夠正常使用，電動汽車鋰電池管理系統里面還有一些關于BMS的管理控制功能，主要包括：電池均衡、熱管理、控制信號的輸送等。

電動汽車鋰電池管理系統的特點：在電動汽車里面連接車載動力電池和電動汽車的重要紐帶就是鋰電池管理系統。鋰電池管理系統主要的任務就是檢測電池的使用狀態，分析電池參數，控制電池充電和放電。因為二次電池里面有很多的缺點在使用的時候經常會出現壽命短等情況，要想真正的分析好電池的性能就需要電池管理系統的幫助。電池管理系統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 系統故障原因及診斷

4.1 系統故障原因

4.1.1 充放電電路故障

目前影響電動汽車電池壽命最主要的故障就是充放電短路故障。電動汽車在使用的時候如果出現充放電短路故障就會出現安全事故。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不同引起的，一個電池不一樣就會讓整個電池組都出現故障;（2）鋰電池充放電過量。每一個電池的本身都有一定的壽命，電池的容量也有一定的限制，如果電池經常充電就會讓電池本身出現損傷，所以要等電池充滿電之后一定要及時的拔出電源，此外還需要注意電池不能出現過充情況，如果出現過充情況就會非常容易引起對電解液與電極之間的破壞，最終出現內部短路的情況發生。

4.1.2 電池組故障

鋰電池管理系統中重要的構成就是電池組，電池組由多個鋰電池組成，因為每個電池本身的差異，在使用的時候經常會出現電池續航里程降低的情況發生，這主要的原因就是因為電池組里面電池單體放電過量。

4.1.3 BMS故障

電動汽車鋰電池管理系統主要的作用就是監視和管理電動汽車。因為在BMS系統里面有很多的單片機，所以經常容易出現故障。

4.2 電動汽車電池原理系統故障診斷模型

4.2.1 影響鋰電池的因素模型

電動汽車電池在使用的時候和溫度有著密不可分的關系，鋰電池在50℃的時候需要經歷141個周期循環才能降低SOC的濃度。所以降低電池故障可以從降低溫度入手。電池熱變化過程是一個非穩態導熱過程，電池產熱的時候會出現一種不可逆的副反應熱，電池熱量的形成和電流強度還有溫度都有關系。

4.2.2 電池荷載狀況模型

在使用鋰電池的時候能夠顯示電池剩余電量和顯示管理電池系統主要的參數就是鋰電池的荷載狀態。電池在長期使用之后就會影響降低電池的壽命。所以電池管理系統故障診斷的最重要方法就是準確的測量鋰電池的荷載狀態。一般在測量的時候會使用以下的方法：首先是SOC估算方法，電動汽車里面的電池本身結構就非常的復雜，很難通過計算來了解參數，所以一般都使用評估方法來進行計算。在評估的時候主要評估的是電池電流和電壓的情況，一般使用的方法包括：放電實驗法、內阻法等。

Vapnik等研究者在研究的時候又發現了一種GA-LSSVR方法，這種方法是在統計學的基礎上提出的，在計算的時候能夠彌補傳統神經網絡存在的網絡結構選擇困難的問題。在實際工作中使用GA-LSSVR方法的時候需要注意一定要先對LSSVR進行測試，之后會隨之生成一種二進制的編碼，這個時候就可以利用相應的計算程度測出寬度值，如果測出的寬度值符合實際的要求就能夠得出最后的參數值。

選擇電動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的數據，從數據的反應能夠知道動力電池在實際充電的時候經常會受到一些外界因素的影響導致電池出現化學反應生成一定的熱量。電池的工作電壓顯示出來的都是在正常運轉的狀態下鋰電池的能量，隨著能量的降低壽命也會慢慢的降低。

5 解決策略分析

要想保證電動汽車的安全就需要提高電動汽車管理系統，在解決診斷的時候可以包括以下內容：電動汽車的所有動力都來源于電池里面，隨著科技的快速發展，電池也在不停的進步，電力續航的公里數也在不斷的增加。動力電池優化的最重要組成部分就是電池管理系統，這也是對電動汽車安全行駛最重要的一個關鍵，電池組里面由電池單體組成，所以在放電的時候經常會因為單體的原因影響電池組的正常工作。

電動汽車在形式的時候如果突然出現了動力故障，最主要的原因就是因為電動汽車里面的電池過度放電導致的，電動汽車電池過度放電會讓負極板里面的鋰離子出現脫落情況，導致所有的負極層狀結構出現坍塌，這個時候在充電的時候就會出現一些阻力，這些阻力會在負極的地方形成一個新的SEI膜，讓輸入進來的所有鋰離子被消耗掉，這個時候電池的壽命就會大大的降低。

在排出電動車故障的時候需要等電動汽車充滿之后在有針對性的對電動汽車里面鋰電池進行內部數據的讀取，最終了解單體高低電壓和序列的參數，最終找出電池出現故障的原因，同時還需要根據分析找到合適的電池來進行更換，不能直接使用新的電池，也不能隨便更換電池。

因為電動汽車在安裝的時候里面會存在威脅人生命的壓蓄電池組，如果在行駛的時候發生緊急情況或者是碰撞的時候電池里面的絕緣性會迅速下降，這個時候安裝在電動汽車里面的BCM就會及時的診斷出被碰撞的信號，并且快速的切斷動力電池的高壓回路，減少高壓觸電的情況發生。

6 結束語

現在人們的環保意識越來越強，電動汽車行業的市場份額在不斷的增加。鋰電池管理系統作為電動汽車中最關鍵的一部分，需要不斷的提高鋰電池管理系統本身的專業技術，只有這樣才能有效的加強我國電動汽車行業生產加工的能力，但因為電池管理系統里面的結構非常的復雜，相應的技術也還沒有完善全，所以在使用的時候還經常出現一些故障，要想更好的降低科學電動汽車電池管理系統的故障就需要減少鋰電池出現故障的幾率，這樣才能提升電動汽車自身的安全，最終達到保障人們安全的目的。為了保證電動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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