電動汽車動力電池故障診斷綜述

趙士博 申彩英 郭增江

摘 要：電動汽車必定是未來發(fā)展的方向，針對電動汽車動力電池故障診斷的發(fā)展和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，文章進行綜述。首先介紹電動汽車動力電池故障診斷的意義，對電池故障診斷的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀概括并進行說明。并對電池故障診斷系統(tǒng)提出一些存在的問題，并展望未來電池故障診斷系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：動力電池;故障診斷;發(fā)展趨勢

0 前言

世界工業(yè)快速發(fā)展造成了能源短缺和環(huán)境污染問題，汽車工業(yè)的主要發(fā)展方向開始從傳統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)向新能源汽車，電動汽車是新能源汽車中的主力。動力電池作為電動汽車中重要的能源存儲裝置，在電動汽車的使用過程中發(fā)揮著重要的作用。鋰離子動力電池是目前應(yīng)用最廣泛的電動汽車動力電池。鋰離子動力電池可以視作為一個復(fù)雜的電化學(xué)系統(tǒng)，工作原理、失效機理均極其復(fù)雜，如溫度、放電倍率、放電深度等因素都會對鋰離子動力電池的穩(wěn)定工作造成影響。鋰離子動力電池存在的安全性、耐久性問題會導(dǎo)致電池性能下降，發(fā)生損壞。這些故障導(dǎo)致電動汽車無法正常行駛，甚至造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡，嚴重影響了電動汽車的發(fā)展。鋰離子動力電池故障診斷研究刻不容緩。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀

國外對故障診斷技術(shù)已經(jīng)進行了深入的研究，一些科研成果已經(jīng)達到了廣泛應(yīng)用的階段。從社會的交通運營安全、節(jié)能減排、環(huán)境保護、降低運輸使用成本等方面帶來了非常明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。

1.1 國外研究現(xiàn)狀

美國通用開發(fā)的應(yīng)用于電動汽車上的電池管理系統(tǒng)和Aerovironmevt公司研究開發(fā)Smart Guard系統(tǒng)在美國電池管理系統(tǒng)方面的研究上極具有代表性。其中電動汽車的電池管理系統(tǒng)對電池的電流和電壓進行監(jiān)測，具有高壓保護及過放電報警等功能;Smart Guard系統(tǒng)能夠記錄電池歷史數(shù)據(jù)并進行歸檔，可檢測是否有過充行為，并提供狀態(tài)最差單體電池的相關(guān)信息。

德國研發(fā)的BADICOACH系統(tǒng)對近期放電周期內(nèi)電池詳細數(shù)據(jù)進行儲存，可在對電池性能作出判斷時快速查找錯誤使用情況。BATTMAN系統(tǒng)的獨特之處在于其包含了不同型號的電池組，依據(jù)共同模塊及差異模塊管理思想，通過相關(guān)軟硬件的改進措施達到對不同型號動力電池組進行管理的目的。

日本豐田開發(fā)的混合電動汽車電池管理系統(tǒng)普銳斯電池管理系統(tǒng)，對包括溫度、電壓和電流在內(nèi)的各種電池相關(guān)參數(shù)進行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)某個參數(shù)超出預(yù)期水平，系統(tǒng)就會自動生成相應(yīng)的故障代碼。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)故障診斷技術(shù)雖然起步較晚，但相關(guān)企業(yè)、高校及科研機構(gòu)都投入了較大的精力。清華大學(xué)的齊國光教授帶領(lǐng)他的團隊在電動汽車的故障診斷方面進行了研巧，取得了一定的進步，提出了一系列應(yīng)用在電動汽車上的故障診斷方法。奇瑞汽車有限公司開發(fā)了基于GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)的電動車遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)。惠州億能公司與北交合作在電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能方面進行了改進及優(yōu)化。其研發(fā)的電池管理系統(tǒng)設(shè)計了在線故障診斷和定位的功能，通過便攜式故障診斷儀和數(shù)據(jù)存儲儀，能有效分析故障類型及故障位置。

2 電池故障診斷系統(tǒng)

電池故障的發(fā)生受許多因素的影響，電池中表現(xiàn)出來的故障癥狀與故障原因之間有著不確定性和模糊性。動力電池一些明顯的故障比較容易診斷，比如過壓、過充等故障，但也存在一些不明顯的故障，如電池容量變小、電池內(nèi)阻大等，無法通過實時采集的電池數(shù)據(jù)進行診斷。針對電池故障原因的不確定性、模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的綜合優(yōu)勢，提出一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電池故障診斷系統(tǒng)。利用MATLAB搭建電池故障模型進行故障模擬，然后在不同故障癥狀下進行充放電得到電池數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)計算隸屬度，根據(jù)故障癥狀與故障原因建立模糊規(guī)則庫，確定訓(xùn)練樣本和測試樣本。

用MATLAB構(gòu)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型并進行訓(xùn)練，所設(shè)計的故障診斷系統(tǒng)進行仿真試驗，用0.8 0.7 0 0.2 0.1 0.1這組數(shù)據(jù)作為測試樣本，得到結(jié)果0.9927-0.0028 ?0.0032，仿真結(jié)果如圖所示。

診斷結(jié)果圖橫坐標分別為容量變小，內(nèi)阻過大，充電不足，可以知道測試電池的故障時容量變小且非常嚴重。該系統(tǒng)能夠正確診斷電池故障的原因，并給出各種電池故障的嚴重程度，因此該系統(tǒng)可應(yīng)用于對電池管理系統(tǒng)中的電池故障原因進行準確診斷分析和報警，提高電池使用的安全性。

3 總結(jié)

本文結(jié)合模糊邏輯和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計動力電池故障診斷系統(tǒng)。診斷系統(tǒng)能準確診斷出電池的幾種故障并給出故障嚴重程度，當電池出現(xiàn)多故障時也能準確診斷出故障原因。該故障診斷系統(tǒng)還有很多不足，需要大量數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練、實際操作不易、需要根據(jù)電池的歷史數(shù)據(jù)來進行判斷故障等等，以后可以在這些方面進行改進。

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