淺談電動汽車動力電池系統(tǒng)

修玲玲

(遼寧省交通高等專科學校 汽車工程系，遼寧 沈陽110122)

隨著全球石油短缺、環(huán)境污染等問題日趨加劇，新能源電動汽車的保有量越來越大.我國新能源汽車的產業(yè)創(chuàng)新能力、技術水平也在不斷提升，政策環(huán)境、產業(yè)布局逐步優(yōu)化，開放性和良性發(fā)展的產業(yè)生態(tài)逐步形成，電動汽車的市場占有量會越來越大，而電動汽車動力電池的性能對車輛的續(xù)航里程、行駛動力性能起著決定性的作用。[1]無論是汽車類專業(yè)的學生還是電動汽車車主，都應該對電動汽車電池系統(tǒng)有一定的了解。

1 電動汽車動力電池的特點

電動汽車的動力電池不同于普通內燃機的低壓蓄電池，電動汽車的動力電池是高壓蓄電池，電壓一般為100-400V，輸出電流能達到300A，是電動汽車的心臟，用于向電動汽車的動力電子單元直接供電。動力電池的容量，直接決定著電動汽車的續(xù)航里程，同時也直接影響本身的充電時間和充電效率。動力電池系統(tǒng)屬于電動汽車的高壓部件，圖1 為電動汽車整車高壓電路原理圖。

圖1 電動汽車高壓電路原理圖

2 常用的電動汽車動力電池的類型

目前常用的汽車動力電池有鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池。

鎳氫是目前電動汽領域商用化的主流，很多混合動力汽車都用此類電池，比如豐田普銳斯。但鎳氫電池依然存在一些不足，使其應用受到限制，比如電池的高溫性能、儲存性能、循環(huán)壽命、熱管理等，都有待進一步提高。鎳鎘電池，是一種堿性電池，它的優(yōu)點是可以快速充電，循環(huán)使用壽命較長，可達到2000 多次。但由于有重金屬鎘，在使用時必須注重回收工作，以免對環(huán)境造成污染。鋰離子電池，內部結構使用的鋰化合物。鋰離子電池體積小、能量高、質量輕，無污染。電動汽車上用的鋰離子電池有錳酸鋰電池，以日常的聆風車型為例；三元鋰電池，最典型的應用是特斯拉的Model S；磷酸鐵鋰電池，比亞迪生產的，比亞迪的電動汽車主要用這種電池。目前，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池在國內外電動車上應用的最多。

3 電動汽車動力電池管理系統(tǒng)

電動汽車上的動力電池一般稱為電池包，是由很多塊動力電池經串聯(lián)和并聯(lián)，組成多個動力電池組，然后再組裝在一起形成電池包。純電動汽車的動力電池容量較大，一般安裝在車輛的下部。為了保證電動汽車的安全、保證電動汽車動力電池系統(tǒng)能夠正常使用，動力電池的工作需要有動力電池管理系統(tǒng)，簡稱BMS，其功能如圖2 所示。

圖2 電池管理系統(tǒng)BMS 功能

BMS 具有各種警告和保護的功能，能夠對電池包的各個電池組甚至單體電池進行電流、電壓、容量等的數(shù)據(jù)采集；能夠對電池的狀態(tài)（SOC）進行估計；能夠對充電過程和放電過程進行監(jiān)控和管理；能夠進行安全管理，防止電池過度充電或放電而導致熱失控；能夠對電池系統(tǒng)進行熱管理，保證各個單體電池溫度均衡。BMS 還必須通過CAN 總線等網絡與車載設備和非車載設備進行信息通信和數(shù)據(jù)交換。BMS 具有飛機上的“黑匣子”的功能，可以對動力電池的歷史故障進行存儲，有利于對故障的分析。BMS 參與整車的檢測工作，檢測每一個單體電池的工作狀態(tài)，并將檢測數(shù)據(jù)告訴充電機，以保證充電的時候不過充、保證電池的性能。BMS 有一個很重要的功能，就是對動力電池的均衡功能，如果某個單體電池的性能與其他單體電池有很大偏差，均衡功能起動，對電池性能進行均衡，保證系統(tǒng)的正常工作。BMS 還能夠與車輛檢測儀器進行通信，以診斷故障，方便對車輛進行維修。

4 電動汽車動力電池的維修開關

電動汽車的動力電池系統(tǒng)是高壓電系統(tǒng)，觸電是人民最擔心的問題。為了保證電動汽車維修人員的安全，動力電池組安裝有高壓維修開關，當需要對動力電池系統(tǒng)進行開箱維修時，必須先拔下維修開關才能打開箱蓋。

5 電動汽車動力電池系統(tǒng)常見故障

電動汽車動力電池系統(tǒng)故障分為三大類，一類是動力電池本身的故障，一類是動力電池管理系統(tǒng)BMS 的故障，還有一類是線路及連接件的故障。

5.1 動力電池本身故障

電動汽車動力電池本身的故障一方面是動力電池出廠時就存在的問題，比如動力電池各單體電池之間的不一致性問題，這有可能是電池生產技術的問題，也有可能是檢測技術的不到位。[2]另一方面是動力電池在使用過程中出現(xiàn)的故障，比如使用時導致的不一致性，還有使用過程中電池容量快速下降等。

5.2 動力電池管理系統(tǒng)BMS 故障

動力電池管理系統(tǒng)BMS 的故障主要有CAN-BUS 的故障、電壓故障、溫度采集故障、絕緣故障、充電故障等。CAN-BUS 出現(xiàn)故障，會導致動力電池管理系統(tǒng)BMS 無法與車載設備和控制單元等進行信息通信，CAN-BUS 故障可能是CAN-BUS 的CAN-H 或CAN-L 線出現(xiàn)斷路，亦或是對電源或搭鐵短路，或者是控制單元的CAN 控制器、收發(fā)器故障等。電壓故障常見的是BMS 無法對動力電池的電壓進行采集，這類故障除了是電池本身損壞，很有可能是電壓采集電路出現(xiàn)故障、比如電壓采集電路的電源故障、采集端子故障或者采集線路保險故障等。溫度采集一旦出現(xiàn)故障，會導致BMS 無法準確采集到電池組或單體電池的溫度，電池的冷卻系統(tǒng)就會失去工作的依據(jù)，很容易導致動力電池系統(tǒng)過熱。這類故障比較常見的原因是溫度傳感器損壞或溫度傳感器的連接線斷路，從而無法檢測動力電池溫度。也有可能是BMS 的溫度采集電路出現(xiàn)故障，這就需要對模塊進行維修或者更換。絕緣故障是指高壓線路與車體、電壓采集線與電池箱體等本應該絕緣的地方出現(xiàn)短路，從而導致漏電的發(fā)生。絕緣故障是非常危險的，要經常對線路插接器等進行檢查、對動力電池箱體進行清理和干燥處理等。充電故障，比如BMS 的預充電發(fā)生故障，導致這類故障的原因可能是預充繼電器出現(xiàn)故障或者預充電電路出現(xiàn)故障等。

5.3 動力電池線路及連接件的故障

動力電池是由很多電池串聯(lián)和并聯(lián)連接而成，如果在行駛過程中連接螺栓松動，電池間的電阻就會增大，電池內部損耗就會增加，從而影響動力電池的續(xù)航里程。比較極端的情況，有可能引起高溫、產生電弧，甚至造成蓄電池著火等安全事件。另外，動力電池箱體與電動汽車的線路插接器在長時間使用后容易虛接、燒蝕、接觸不良，這些故障都要盡早發(fā)現(xiàn)、盡早處理。

6 結論

電動汽車已經成為汽車產業(yè)的發(fā)展趨勢，汽車類學生和汽車維修人員應該對電動汽車動力電池的類型、電池管理系統(tǒng)和常見故障等進行學習和了解。