純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)故障分析

邊立健、祖全達(dá)

（溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 325000)

隨著石油能源的不斷消耗，電動(dòng)汽車作為一種新型能源汽車正在逐步走向大眾的視野，并且電動(dòng)汽車具有無污染、低噪聲及加速快等優(yōu)點(diǎn)。目前，電動(dòng)汽車的能量主要由動(dòng)力電池提供，在整車成本中占有較高的比例，影響續(xù)航里程，是整車的核心部件[1]。如果動(dòng)力電池管理系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可能會(huì)造成整車出現(xiàn)安全事故，如起火、爆炸或觸電等；也可能會(huì)造成電動(dòng)汽車整車停止能量回收、停止充電或者是一些硬件故障[2]。本文主要針對(duì)一些常見的動(dòng)力電池系統(tǒng)故障進(jìn)行分析診斷，找出解決方法。

1 動(dòng)力電池管理系統(tǒng)組成

動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BMS）主要由動(dòng)力電池殼體、電池組、主控制盒、高壓控制盒、電池低壓管理系統(tǒng)及主繼電器等組成（圖1）。作為電動(dòng)汽車整車核心部件，BMS的作用包括監(jiān)測動(dòng)力電池組的單體電池電壓、監(jiān)測動(dòng)力電池組單體電池溫度、檢測高壓絕緣性能級(jí)剩余電量檢測等。

圖1 動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的組成

2 動(dòng)力電池管理系統(tǒng)故障分析

BMS故障目前分為3個(gè)等級(jí)：一級(jí)故障較為嚴(yán)重，可引起起火、爆炸及觸電等問題，造成動(dòng)力電池的嚴(yán)重?fù)p害，甚至引起整車報(bào)廢；二級(jí)故障一般是硬件問題，包括制動(dòng)能量回收停止、充電停止及動(dòng)力電池不能正常工作等問題，發(fā)現(xiàn)問題后需要進(jìn)行系統(tǒng)檢測排查，嚴(yán)重時(shí)需要更換硬件設(shè)備；三級(jí)故障是輕微故障，該故障一般不會(huì)造成嚴(yán)重威脅，但是對(duì)某些功能可能造成限制，如功率和加速等。通?？赡苁黔h(huán)境溫度變化對(duì)動(dòng)力電池造成影響，使動(dòng)力電池報(bào)警劣化[3]。下面對(duì)幾個(gè)故障實(shí)例進(jìn)行分析。

2.1 CAN總線通訊故障

BMS與整車采用CAN總線與整車控制系統(tǒng)（VCU）進(jìn)行通訊（圖2），從而獲得電池組詳細(xì)數(shù)據(jù)，如果CAN總線通訊出現(xiàn)故障會(huì)對(duì)汽車運(yùn)行造成極大影響。

圖2 動(dòng)力電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖

CAN總線通訊故障排除，首先根據(jù)系統(tǒng)原理圖依次進(jìn)行檢查，檢查電源線是否脫落、端子是否虛接，如果沒有問題，接下來要進(jìn)一步排查。在BMS上電沒有問題的前提下，要將萬用表調(diào)到直流擋位置檢查CANH與CANL通訊電路的電壓是否正常，若電壓值在1.5 V左右為正常；反之，BMS硬件系統(tǒng)有問題，需要維修，嚴(yán)重則需要更換。

2.2 動(dòng)力電池電壓低

動(dòng)力電池組滿電靜置后檢測到BMS報(bào)警，電池均衡出現(xiàn)問題，動(dòng)力電池單體電壓某一只或多只偏低，其余正常。故障原因可能有以下幾種：BMS采集誤差；電池均衡出現(xiàn)失效；動(dòng)力電池組電芯自放電率太大；電芯容量過低，在放電時(shí)電壓下降較快等。

故障處理方法如下，檢查動(dòng)力電池電壓采樣線是否斷裂或虛接，電池均衡是否正常，若有問題則需更換。對(duì)單體動(dòng)力電池進(jìn)行電池均衡處理，電池均衡有2種方法：一種是并聯(lián)電阻，將電量高的單體動(dòng)力電池電量以熱量的形式散發(fā)出去；另外一種是將單體動(dòng)力電池多余電量轉(zhuǎn)移到低電量的動(dòng)力電池中去。如果問題較為嚴(yán)重，則需要更換動(dòng)力電池包。

2.3 SOC異常

SOC即電池的荷電狀態(tài)，是動(dòng)力電池的剩余電量和最大可用容量的比值。SOC故障現(xiàn)象是在整車系統(tǒng)工作過程中，數(shù)值變化較大且反復(fù)跳躍。故障的原因可能是：電流數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；通過傳感器輸出信息與主機(jī)程序不準(zhǔn)確；動(dòng)力電池長期未進(jìn)行深度放電；數(shù)據(jù)采集單元出現(xiàn)故障；SOC不能自動(dòng)校準(zhǔn)。

故障處理方式為：通過軟件來校正電流；改變主機(jī)程序數(shù)據(jù)；更換電流傳感器或者對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行深度放電；對(duì)數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行檢查或更換。通常建議對(duì)動(dòng)力電池組每周進(jìn)行1次深度放電，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

2.4 主繼電器不吸合

電動(dòng)汽車上電即起動(dòng)，需要蓄電池通過BMS控制動(dòng)力電池組主繼電器吸合，從而接通整車高壓電路，使整車正常運(yùn)行。如果主繼電器出現(xiàn)故障，則整車不能正常起動(dòng)。通常故障原因可能是BMS出現(xiàn)故障，繼電器燒毀等。

故障解決方法為，首先對(duì)BMS硬件進(jìn)行檢測，看線路連接是否正常，插接器連接是否正確，最后整體檢測。繼電器燒毀可能是車輛在高速行駛過程中，突然偶發(fā)緊急事故，如緊急制動(dòng)并按了緊急狀況停車按鈕，突然之間切斷了高壓，由于高壓電路中有較大的工作電流，突然斷開后產(chǎn)生電火花造成繼電器的嚴(yán)重?zé)g。繼電器燒毀需進(jìn)行全部更換。

2.5 溫度采集故障

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組溫度控制至關(guān)重要，溫度過低易造成動(dòng)力電池容量下降；動(dòng)力電池溫度過高影響使用壽命，嚴(yán)重可導(dǎo)致自燃。所以，檢測動(dòng)力電池溫度參數(shù)，對(duì)動(dòng)力電池的使用有著很重要的意義，溫度過低時(shí)加熱，溫度過高時(shí)要開啟冷卻系統(tǒng)。

動(dòng)力電池溫度采樣故障診斷方法是延長電動(dòng)汽車動(dòng)力電池使用壽命的重要方法，同時(shí)也保證動(dòng)力電池安全。在故障發(fā)生時(shí)，首先要對(duì)溫度采樣進(jìn)行診斷，若采樣溫度值不準(zhǔn)確，誤差范圍較大，則可能是溫度采樣傳感器出現(xiàn)問題；如果不是，則可能是線路出現(xiàn)松脫或虛接，需要進(jìn)行檢測。

2.6 供電后整個(gè)系統(tǒng)不工作

當(dāng)BMS上電完成，主繼電器閉合，系統(tǒng)供電，無故障報(bào)警，但整個(gè)系統(tǒng)仍然不工作，則需要拔開維修開關(guān)，斷開整車高壓線路，確定沒有危險(xiǎn)后進(jìn)行故障診斷。原因可能是整車供電異常、線束短路或是斷路或DC/DC轉(zhuǎn)換器無電壓輸出等。

故障解決方法為，首先要采取觀察法，檢查外部線路是否出現(xiàn)破損，如果沒有則需要進(jìn)一步檢查。繼續(xù)檢查外部蓄電池系統(tǒng)供電是否正常，電壓是否達(dá)到BMS上電最低要求。還要看蓄電池是否加了限流設(shè)置，如果有則會(huì)導(dǎo)致BMS供電功率過小，發(fā)現(xiàn)后需要進(jìn)行外部電源調(diào)整，使其達(dá)到使用要求。如果上述都沒有問題，則需要查看低壓電輸出裝置DC/DC 轉(zhuǎn)換器是否正常，是否有電壓輸出，如發(fā)現(xiàn)異常則需要更換損壞的DC/DC單元。

2.7 高壓互鎖故障

純電動(dòng)汽車整車高壓電達(dá)到300 V左右，如果發(fā)生漏電對(duì)用戶來說是十分危險(xiǎn)的。為了降低這種風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率，采用高壓互鎖作為純電動(dòng)汽車高壓安全的一個(gè)重要措施。高壓互鎖是用低壓電信號(hào)來控制高壓電回路是否出現(xiàn)異常的一種安全保護(hù)方式，不同高壓器件有不同的設(shè)計(jì)，主要對(duì)人為操作進(jìn)行保護(hù)。故障現(xiàn)象有驅(qū)動(dòng)電機(jī)不上電；車輛無法繼續(xù)行駛；儀表盤顯示“高壓互鎖”故障。

故障解決方法為，對(duì)整車高壓部件進(jìn)行檢測，包括車載充電器、高壓配電箱、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器及DC/DC轉(zhuǎn)換器等進(jìn)行線路檢測。以DC/DC轉(zhuǎn)換器為例，DC/DC轉(zhuǎn)換器是將高壓電轉(zhuǎn)換成低壓電給整車低壓電器使用的設(shè)備。檢測時(shí)，首先要檢測DC/DC轉(zhuǎn)換器繼電器端子是否插接牢固，繼電器高、低壓端子如出現(xiàn)不牢靠則要重新插接，確保牢靠。如果還有問題則需要用電壓表測量DC/DC轉(zhuǎn)換器高壓輸入端口，在高壓上電時(shí)是否有短時(shí)高壓，如果有則說明DC/DC 轉(zhuǎn)換器故障，需要更換。如果導(dǎo)致DC/DC 轉(zhuǎn)換器繼電器上電時(shí)一直不閉合，測量繼電器電壓驅(qū)動(dòng)端，如果沒有12 V電壓，可能是主板故障，更換即可。

3 結(jié)束語

本文首先介紹了純電動(dòng)汽車BMS的組成與作用，然后針對(duì)其可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，制定相關(guān)方法進(jìn)行檢測維修，避免出現(xiàn)因BMS出現(xiàn)故障造成不必要的損失。增強(qiáng)BMS安全穩(wěn)定性，對(duì)其進(jìn)一步使用開發(fā)具有重大意義。