動力電池系統常見故障診斷分析

摘 要：有效準確診斷分析新能源汽車動力電池系統的常見故障，對于提高新能源汽車綜合使用性能，預防動力電池系統出現故障非常關鍵。本文以吉利帝豪EV450車型為研究對象，深入探討了新能源汽車動力電池系統的常見故障及其診斷分析方法，闡述了動力電池系統的組成及工作原理，分析了動力電池系統的常見故障類型及其成因，研究了該車型的兩個實際故障案例，驗證了所提出的故障分析方法的有效性。

關鍵詞：動力電池系統 故障 診斷 分析

1 緒論

新能源汽車憑借其節能環保的優勢，在全球汽車市場中占據著日益重要的地位。動力電池系統是新能源汽車的重要組成部分，其工作性能的好壞與車輛的綜合使用性能密切相關。在實際使用過程中，動力電池系統會受到多種因素的影響而出現故障，一旦出現故障，可能會導致車輛性能下降，無法正常充電或啟動，甚至導致車輛瞬間失去動力，引發交通事故。因而準確及時地診斷這些故障并采取有效的修復措施對于保障新能源汽車的安全、可靠運行至關重要。因此，以吉利帝豪EV450車型動力電池系統常見故障為案例進行深入分析與診斷具有重要的現實意義。

2 動力電池系統的結構及工作原理

動力電池系統主要由電池單體、電池模組、電池管理系統（BMS）和電池外殼等部分組成[1]。電池單體可以充電，是直接將化學能轉化為電能的基本單元。電池模組由一個以上的電池單體串聯、并聯或串并聯組合而成。CSC采集系統將監測到的每個單體電池的溫度、電壓等信息上報給電池控制單元（BMU）。電池控制單元（BMU）是電池系統管理的核心部件。電池管理系統（BMS）對動力電池進行全面監控與管理，以確保動力電池的安全、高效運行。

動力電池系統電氣原理如圖1，直流充電接口通過高壓線、位置信號、快充喚醒信號和快充CAN線與動力電池模塊連接，動力電池模塊再通過高壓線和喚醒信號與車載充電機（OBC）連接。動力電池系統通過整車控制器（VCU）和CAN網絡進行系統協調和狀態監控，實現充電和電氣控制功能。

3 動力電池系統常見故障分析

動力電池系統常見故障通常分為內部和外部故障[2]。動力電池系統發生故障原因有：外部系統或者內部系統發生短路斷路、動力電池系統連接設備如直流充電口接口等發生故障、丟失通訊、動力電池系統過熱、動力電池系統傳感裝置發生故障、單體電池過壓欠壓、電池老化等。

3.1 連接故障

3.1.1 故障現象

車輛在行駛過程中會出現動力中斷或間歇性動力丟失的現象。如車輛在加速時動力突然減弱，或在行駛中出現頓挫感，甚至突然被限制動力輸出；在充電時，出現充電電流不穩定，充電功率無法達到正常水平，甚至充電中斷。

3.1.2 原因分析

車輛因長期在顛簸路面行駛受到振動和沖擊，因長期彎折、拉伸而出現絕緣層破裂或導線斷裂，因車輛內部的高溫環境導致線束的絕緣材料老化、損壞，導致電池模塊之間的連接線束插頭松動或線路斷路。

3.2 動力電池過熱故障

3.2.1 故障現象

電池外殼溫度過高，車輛出現動力限制輸出或報警提示現象。如在充電時，因散熱不良，充電速度被強制降低或充電過程中斷，嚴重時甚至引發火災等安全事故。

3.2.2 原因分析

高倍率充放電：車輛在快充或急加速等高倍率電流工況下，動力電池內部的電阻熱效應會產生大量熱量，如散熱系統不能及時有效地將熱量散發，將導致電池溫度升高。

散熱系統故障：新能源汽車散熱系統中，因冷卻液循環管路連接處密封不良、管路老化破裂等導致冷卻液泄漏，風扇電機自身損壞、軸承磨損，風扇的控制電路故障都會導致散熱系統正常循環，不能將電池產生的熱量帶走，引發電池過熱，電池溫度升高。

環境溫度過高：車輛因長時間在高溫環境下行駛或充電，加重動力電池自身的散熱負擔，容易出現過熱現象。

動力電池內部短路：動力電池內部發生短路故障時，產生大量熱量，導致電池溫度急劇上升。

3.3 單體電池電壓異常故障

3.3.1 故障現象

單體電池電壓異常包括單體欠壓、單體過壓、單體電壓壓差過大等，當出現故障時，動力系統故障燈或電池故障燈可能亮起。在充電過程中，如單體電池電壓過高，可能會導致充電提前結束。當單體電池電壓過低或壓差大時，車輛的動力性能會明顯下降。如在電動汽車加速時，因電池無法提供足夠的電壓來支持電機的高功率輸出，車輛將加速緩慢甚至無法加速。在極端情況下，出現車輛無法啟動的現象。

3.3.2 原因分析

單體電池故障：一是電池內部發生短路，電池內部的化學反應會加劇，導致電池電壓迅速下降；二是在電池組中，因生產工藝等因素，各單體電池之間可能存在一定的差異[3]。經多次充放電循環，長期使用或者受到過充、過放等異常情況影響后這種差異可能會被放大。如某個單體電池的容量比其他電池小，在放電過程中，其電壓下降速度快于其他電池，從而導致電壓異常故障。

電壓均衡功能失效：均衡系統無法消除正常自放電差異導致的電芯間的SOC差異，無法達到均衡狀態，出現壓差[2]。

BMS誤判：BMS中的電壓傳感器出現故障將可能導致采集的電壓數據不準確。如傳感器可能由于長期使用、受到外界電磁干擾或者自身老化等原因，出現漂移現象，使測量的電壓比實際電壓偏高或偏低。

3.4 BMS模塊故障

3.4.1 故障現象

動力電池電量顯示不準確，車輛充電控制出現異常現象。如車輛無法正常啟動充電或充電提前結束；電池溫度監測偏差較大，可能導致電池熱管理系統失效，影響電池安全性與壽命；壓差判斷錯誤，導致故障燈亮。

3.4.2 原因分析

傳感器故障：BMS模塊中的電壓傳感器等可能出現故障，如傳感器老化、損壞或信號傳輸線路斷路、短路等，導致采集到的電池參數不準確，從而使電池管理系統做出錯誤的判斷與控制。

硬件故障：BMU、CSC系統等因電子元件損壞、電路板故障等原因，無法正常運行其控制算法，無法對電池進行有效的管理與監控。

軟件程序異常：BMS模塊的軟件存在漏洞或受到電磁干擾等因素影響，出現程序運行錯誤、死機等情況，影響其對電池的管理功能。

4 動力電池系統故障診斷與分析

針對上述故障現象及原因分析，以吉利帝豪EV450車型為例，選取兩個實際故障案例進行研究分析。

4.1 故障案例一：與整車控制系統丟失通信故障

4.1.1 故障現象

一輛2018款吉利帝豪EV450車主王先生反映，車輛在駕駛途中，突然劇烈抖動，隨后動力全無。儀表盤上多個指示燈狂閃爍，顯示“整車控制系統通信故障”。嘗試重啟車輛，啟動按鈕按下后毫無反應，車輛仿若“死機”。此時，車速表指針亂跳，擋位顯示模糊不清。

4.1.2 故障分析

用萬用表測量蓄電池電壓，實測值為12.4V，在標準電壓11～14V之間，判斷蓄電池電量正常。用故障診斷儀訪問BMS模塊，出現故障碼U111487。因此，初步判斷為儀表至VCU模塊連接出現故障，導致儀表盤指示燈狂閃，動力全無現象。

根據該車型BMS模塊簡化電路圖進行下一步診斷，如圖2所示。

①檢查BMS模塊、VCU模塊周圍連接線束、端子是否松動。檢查結果，無異常。如松動，則緊固相應線束、端子。

②檢測BMS模塊保險絲是否熔斷。BMS模塊保險絲為EF01和IF18。用萬用表測量EF01和IF18的電阻，實測值均為0.6Ω，判斷正常，排除保險絲熔斷故障。如熔斷，則更換此保險絲。

③檢測電源至BMS模塊連接器CA69端子1和連接器CA69端子7線路是否導通。啟動開關使電源模式處于關閉狀態，斷開BMS模塊的線束連接器CA69，再啟動開關使電源模式處于開啟狀態。用萬用表測量連接器CA69端子1對車身搭鐵的電壓，實測值為12.4V；測量連接器CA69端子7對車身搭鐵的電壓，實測值為12.4V。兩個測量結果在標準電壓11～14V之間，判斷正常。如異常，則修理或更換此線束。

④檢測BMS模塊線束連接器接地端是否導通。啟動開關使電源模式處于關閉狀態，用萬用表測量連接器CA69端子2與車身接地之間的電阻，實測值為0.5Ω，小于1Ω，符合標準值，判斷正常。如異常，則修理或更換此線束。

⑤檢測BMS模塊與VCU之間的連接是否通斷。啟動開關使電源模式處于關閉狀態，切斷蓄電池負極，斷開BMS模塊上的連接器CA69和VCU上的連接器CA66。用萬用表測量連接器CA69端子4與連接器CA66端子7之間的電阻，實測值為0.4Ω；測量連接器CA69端子3與連接器CA66端子8之間的電阻，實測值為0.4Ω。測量結果小于1Ω，符合標準值，判斷正常。如異常，則修理或更換此線束。

⑥更換BMS模塊。關閉電源，更換BMS模塊。試車，系統恢復正常。

4.1.3 故障總結

經拆卸分析，因BMS模塊硬件損壞，導致車輛與整車控制系統丟失通信故障，車輛出現抖動，動力全無現象。經更換BMS模塊后，車輛恢復正常行駛。

4.2 故障案例二：單體電池欠壓故障

4.2.1 故障現象

一輛2018款吉利帝豪EV450車主反映，車輛在高速路行駛時，最高車速被限制，車輛強制進行低速運行模式。車主嘗試繼續行駛一段距離，車輛速度逐漸降低直至無法繼續前行，只能將車輛停靠應急車道并尋求救援。經查看儀表板亮起黃色烏龜狀的指示燈，此時剩余電量約20%，行駛里程約3.4萬公里。

4.2.2 故障分析

根據車主描述，判斷故障為“烏龜燈”即功率降低指示燈報警，該車輸出功率受限制。檢查動力電池外觀，并未發現明顯的碰撞、變形或滲漏跡象。連接故障診斷儀，車輛正常進入READY模式，但“烏龜燈”點亮。故障診斷儀顯示故障碼為P1529-17、P1521-16，根據故障碼及車主描述，初步診斷為動力電池單體電池壓差大故障，該故障為新能源汽車間隔行駛幾萬公里后常見故障。該車采用的是額定電壓為346V、額定容量為150Ah的動力電池，共有95個電池單體，每個單體電池電壓在理想壓差一般應低于0.2V，單體電池電壓約3.64V[4]。

①讀取電池單體電壓數據。連接故障診斷儀，讀取所有單體電池的電壓數據流，檢測結果顯示70號電池單體電壓最高3.695V，85號電池單體電壓最低2.315V，最大壓差1.38V，不在正常值范圍，故推斷該故障是85號單體電池欠壓引起的壓差大故障。

②放電、充電后再次核實。對動力電池進行放電再充電，再次檢測，檢測結果與上述結果相符。

③拆卸動力電池。斷電，用舉升機升起車輛拆卸車輛動力電池，用萬用表測量85號單體電池電壓，實測值為2.32V，確認為85號單體電池欠壓，屬于本體故障。

④進行電壓均衡。用均衡儀對電池組進行了均衡充電處理，試圖調整電池單體之間的電壓差異。但經均衡充電后，85號電池單體電壓仍無法恢復正常。更換85號電池所在電池模組，裝復動力電池總成。

⑤試車。啟動車輛，該車正常進入READY模式，組合儀表上的“烏龜燈”熄滅。反復路試，故障未再出現，故障排除。

4.2.3 故障總結

根據車主充電習慣及拆卸檢查分析，該車長期使用快充方式充電，導致電池內部化學反應不均衡，85號電池單體出現了硫化或極板老化等問題，從而影響了電池單體的性能和電壓輸出，導致“烏龜燈”亮，該車動力輸出受限制。經更換85號電池所在模組后，車輛恢復正常行駛。

5 總結

新能源汽車動力電池系統是一個較復雜的系統，不同的氣候、行駛環境、用車習慣等外界因素都會影響其發生變化，因此為保障新能源汽車安全可靠地行駛，保障用戶財產和人身安全，采取有效的方法提高動力電池系統故障檢測與維修的效果、及時排除故障是關鍵。隨著信息技術的發展，未來還需結合“端云一體化”“線上警報”“二級預警”等先進技術對動力電池系統進行診斷，做到提前預警、及時保養、及時維修。本文探討了動力電池常見的故障及其原因分析，并以吉利帝豪EV450車型為例，詳解介紹了“與整車控制系統丟失通信故障、電池單體欠壓故障”這兩種常見的故障案例的診斷與分析方法，以期能為同行對新能源汽車動力電池系統故障診斷分析提供一定的參考。

基金項目：2025年度廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目“汽車前照燈控制系統優化設計研究”（2025KY2051）。

參考文獻：

[1]袁世斐．基于等效電路－簡化電化學模型的鋰離子電池模擬和仿真[D].上海：上海交通大學，2016．

[2]李永偉．新能源汽車動力電池系統故障診斷研究綜述[J].時代汽車，2023（05）：184-186．

[3]時玉帥，熊金峰，樊海梅．動力電池常見故障分析與預警方法[J].廣東化工，2019，46（13）：115-116+113．

[4]王平．2021款奇瑞小螞蟻eQ1車“烏龜燈”點亮[J].汽車維護與修理，2023（21）：29-30．