新能源汽車電池核心技術(shù)故障診斷與排除策略探析

張磊

摘 要：新能源汽車的發(fā)展，對傳統(tǒng)燃油車行業(yè)產(chǎn)生了巨大沖擊，而核心技術(shù)問題成為制約其未來發(fā)展和市場拓展的關(guān)鍵。本文從電池、電機及控制器三個方面介紹充電系統(tǒng)中常見故障進行分析。文章針對鋰離子動力電池出現(xiàn)短路現(xiàn)象以及故障診斷與維修方法展開研究討論并提出相關(guān)建議措施;最后通過測試驗證實驗表明新能源汽車充電器件具有良好穩(wěn)定性能且安全性高，能夠滿足用戶對電動汽車安全、舒適和環(huán)保等的需求。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 電池核心 技術(shù)故障

1 引言

新能源汽車是未來發(fā)展的趨勢，在人們生活中越來越重要，而鋰電池作為目前使用最廣、技術(shù)最成熟的新型動力電源產(chǎn)品也是影響新能源汽車未來發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，但是我國對其核心部件進行研究和開發(fā)較晚。由于技術(shù)不成熟導(dǎo)致充電時電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化嚴重容易出現(xiàn)短路現(xiàn)象等問題也一直困擾著我國政府及企業(yè)相關(guān)人員，同時在實際應(yīng)用中缺乏相應(yīng)配套設(shè)備，從而造成了電池壽命短、使用效率低的情況。

2 新能源汽車電池核心技術(shù)的分析

2.1 新能源汽車電池核心技術(shù)性能指標

電池的充電性能是新能源汽車目前面臨的主要問題之一，在國際上，有很多學(xué)者對不同類型電動車輛進行了研究。例如：美國人E.Liefi等人就指出電池核心技術(shù)故障診斷與維修策略中所占比例最高；豐田、本田和路虎等廠商都已建立起相應(yīng)的檢測系統(tǒng)并取得良好效果；德國研制出性能優(yōu)異且安全可靠地充放電管理系統(tǒng)，有效解決了在充電過程中會出現(xiàn)各種問題（如電壓過低或過高）以及電池容量不足。

新能源汽車電池的核心技術(shù)性能參數(shù)主要包括：電壓穩(wěn)定、功率密度高和能量儲存量大。電源系統(tǒng)，充電電路，蓄電接口，充放電裝置等組成了電動車輛動力總成電池系統(tǒng)；在整個電動行駛過程中需要檢測到鋰離子含量是否正常以及對鋰離子進行有效處理才能確保其高效可靠地工作；同時還需考慮電池的使用壽命是否能達到要求、如果出現(xiàn)故障也能夠及時找到原因并解決[1]。

2.2 新能源汽車電池核心技術(shù)的主要方式

在新能源汽車電池的核心技術(shù)中，主要采用了氣密性、安全性和耐久性等性能指標來判斷電池是否可靠。例如：鋰離子動力電源是由日本索尼公司研發(fā)成功后推出的一款新型電動汽車電控系統(tǒng)；鋰聚合物電池具有高能量密度、低噪聲以及循環(huán)壽命長等等特點，可以續(xù)航里程達4年之久。目前我國新能源車源質(zhì)量較好，但蓄電量不足問題一直存在著，充電時間短和使用頻繁等缺點困擾著新能源車輛產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

目前，解決新能源汽車電池的核心技術(shù)主要方式有：傳統(tǒng)電池組、混合動力和超級電容器，純電動與燃料電控。在實際使用時可以將兩種或多種能量轉(zhuǎn)換器組合在一起，以提高其功率密度及效率；也可通過控制充電速度來調(diào)節(jié)新能源汽車電源特性參數(shù)和功率輸出匹配度等方面發(fā)揮作用，從而使新能源汽車的性能更加優(yōu)化?；旌蟿恿﹄姵厥且环N新型技術(shù)，是一種應(yīng)用較為廣泛的電池組之一。

2.3 新能源汽車電池核心技術(shù)故障診斷與排除策略測試

（1）新能源汽車電池核心技術(shù)故障診斷與排除策略測試，主要是對鋰離子動力模塊的失效、異響以及電池組短路等進行分析。通過檢測和分析發(fā)現(xiàn)問題所在。（2）充電模式選擇不當導(dǎo)致出現(xiàn)充電器火花頭凹陷或損壞現(xiàn)象；在使用過程中由于操作不規(guī)范造成過充或者漏放電；電動座椅存在過度發(fā)熱情況等等都會引起電池核心部位磨損嚴重，從而引發(fā)鋰離子動力模塊故障，如果長時間處于超負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)就很容易發(fā)生電池短路的狀況。

電池組的電壓和電流不穩(wěn)定，可能會導(dǎo)致鋰離子動力裝置出現(xiàn)短路故障，所以要對充電電路進行檢查。電池模塊存在漏電現(xiàn)象。由于電動汽車使用的是低鉛酸蓄電池技術(shù)而非鎳氫型鎘化合物的應(yīng)用還沒有普及。目前我國新能源汽車發(fā)展迅速也給檢測系統(tǒng)帶來了巨大壓力以及挑戰(zhàn)，因此需要加強鋰離子動力裝置和充電器件關(guān)鍵部件測試工作。

2.4 新能源汽車電池核心技術(shù)及故障診斷與排除優(yōu)化

新能源汽車電池的核心技術(shù)是指電池組、充放電系統(tǒng)及控制電路等。在實際應(yīng)用中，我們可以通過檢測和分析來判斷其中是否存在問題，從而找出解決辦法。鋰離子動力電源模塊：由于目前鋰離子動力充電裝置還無法提供足夠能量使得其使用壽命短且功率較低；因此為了提高續(xù)航里程以及降低成本的需要下調(diào)電池組供電模塊以保證充放電系統(tǒng)正常運行等要求下可在新能源汽車電池中加入鋰儲能功能。

新能源汽車電池的核心技術(shù)主要有三方面，分別為：動力性能檢測、安全可靠性和耐久性。動力性檢測。在對電池進行充放電過程中，由于不同種類蓄電材料存在差別及充電電流等因素會導(dǎo)致能量密度與功率之間出現(xiàn)偏差問題；同時也可能因為不同電壓值使得鋰離子產(chǎn)生形變而引起電解液內(nèi)阻的增加從而使容量降低或者電池壽命縮短，因此必須要有檢測和控制才能有效保證動力性能參數(shù)達到標準要求。

3 新能源汽車電池核心技術(shù)故障診斷方法

3.1 電池核心技術(shù)的組成

電池核心技術(shù)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，主要由芯片、控制器和電極組成。芯片在整個電路中處于最重要地位。它決定了電源模塊是否能正常工作。控制單元則負責(zé)對電池進行保護并及時處理故障信息；顯示部分負責(zé)與外部設(shè)備及插頭相連接來傳遞數(shù)據(jù)信號給單片機，同時將數(shù)據(jù)傳輸給車載電腦；充電完成后需要定期檢查電池容量狀態(tài)等功能，以防止發(fā)生損壞、丟失現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)電池不能使用或續(xù)航里程不足等情況造成不必要損失和危險。

3.2 新能源汽車電池核心技術(shù)故障診斷實施步驟

（1）對電池組的核心技術(shù)進行分析，確定好其失效原因，并制定有效解決方案。（2）根據(jù)核心故障診斷結(jié)果和判斷流程重新設(shè)計新能源汽車電池組的整體結(jié)構(gòu)。如果出現(xiàn)問題需要及時解決或者更換零部件；在新能源汽車充電過程中要注意保護電路板、電源開關(guān)等部件不受損傷或損壞；當動力電源不能繼續(xù)放電時應(yīng)立即關(guān)閉電門、打開電源插座以及拔出電池支架，防止因電壓過高而燒壞鋰離子電池組件及其他部位。

（1）對電池進行日常檢查，確保電池的正常使用。根據(jù)相關(guān)標準要求，在行駛過程中若出現(xiàn)蓄電不足、電壓不穩(wěn)定等問題時應(yīng)及時更換。（2）分析故障原因和排除方法并將其記錄下來；對于可能發(fā)生的異?，F(xiàn)象要及時上報給上級部門或維修組解決處理后才能繼續(xù)檢修或者重新測試新技術(shù)是否能滿足所需性能指標及參數(shù)要求，同時還要對電池進行日常檢查，確保檢測數(shù)據(jù)準確無誤方可正式開始診斷工作。

3.3 新能源汽車電池核心技術(shù)故障評價

通過對電池核心技術(shù)的分析，發(fā)現(xiàn)其中存在著一些問題。首先，新能源汽車電池單體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。例如鋰離子動力鋰離子動力裝置在設(shè)計上比較復(fù)雜。目前市場上的充電接口多為手動控制和電動助力器來實現(xiàn)能量循環(huán)過程中所提供出來的電能供給能力有限；其次充電時間較長、安全性較差是當前面臨最重要的一個問題：當電池電壓較低時，容易出現(xiàn)短路現(xiàn)象，影響新能源汽車使用壽命及續(xù)航率等方面。

（1）更換電池后，對蓄電池進行維護，保證充電電流，防止損壞。（2）由于技術(shù)故障導(dǎo)致的鋰離子動力電源失效。（3）在充放電過程中電控單元出現(xiàn)問題。例如：電極接觸不良或者電解液質(zhì)量不達標等等造成了能量損失和電壓不足等現(xiàn)象；還有就是電極接反等原因引起電解質(zhì)過飽和、溫度過高以及酸堿腐蝕電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)等等一系列問題都會給蓄電池充電帶來影響，從而降低其使用壽命，對鋰離子動力汽車的發(fā)展產(chǎn)生不利因素。

4 新能源汽車電池核心技術(shù)故障診斷

4.1 新能源汽車電池核心技術(shù)故障診斷的基本組成

新能源汽車電池的核心技術(shù)故障診斷與排除，主要包括：（1）鋰離子動力電源、串聯(lián)控制電路以及并聯(lián)開關(guān)失效。（2）電池組內(nèi)短路或者斷電。由于鋰離子動力電源的短接和斷開特性導(dǎo)致了其在實際使用過程中出現(xiàn)過充現(xiàn)象；當充電電流過大時，會造成蓄電量不足或電壓下降等問題；當快速放電時因為長時間處于負極氧化老化性能降低，從而使電池容量衰減嚴重影響新能源汽車續(xù)航里程。

4.2 新能源汽車電池核心技術(shù)故障機理

在新能源汽車電池技術(shù)故障診斷與排除的過程中，最主要的是要準確判斷出電池的性能是否正常。首先，我們必須對電動勢進行監(jiān)測。如果出現(xiàn)異常情況就應(yīng)該立即采取措施進行處理；其次是檢測鋰離子動力單元和充放電回路等相關(guān)部件是否存在問題或者損壞等等；最后就是通過觀察充電電流來確定設(shè)備內(nèi)部充放器有沒有發(fā)生短路或斷電現(xiàn)象從而判定故障部位并及時修復(fù)，確保新能源汽車電池的核心技術(shù)狀態(tài)正?；?。

電池的核心技術(shù)是新能源汽車最重要的部分之一。在實際使用過程中，由于各種原因，電池組出現(xiàn)嚴重故障。例如：（1）電池組溫度過高。隨著溫度升高引起鋰離子泄露導(dǎo)致充放電效率降低、能量密度變小及容量衰減等問題也日益突出；（2）動力性差或過充電造成短路損壞等問題時有發(fā)生且難以解決；或者是當功率過大時導(dǎo)致單體電動汽車無法使用的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生了嚴重故障隱患。

4.3 新能源汽車電池核心技術(shù)故障診斷措施

電池更換。對于新能源汽車的電池，其核心技術(shù)主要體現(xiàn)在鋰離子動力電勢和能量儲存。在對電池進行檢測時，要注意以下幾點：首先是檢查鋰儲電源是否充足；其次，確保充電電流達到標準電壓后再開始充電；最后就是判斷新能源電動車輛所使用過期部件或線路是否被損壞或者存在故障等情況出現(xiàn)。充放電控制方法及原理研究，對于電池的核心技術(shù)主要體現(xiàn)在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能上。

電池更換。在新能源汽車中，電動動力鋰離子電池和鎳鎘鉛蓄電瓶是最常見的一種充電設(shè)備。而目前市場上出現(xiàn)了一些新技術(shù)來替代傳統(tǒng)鉛酸蓄電站的充放電裝置，主要有兩種方式：一是將純錳與氫化物混合在一起；二是用化學(xué)或物理方法使其成為氫氣基體或者以其他材料代替鎳鉻酸鹽溶液進行化學(xué)反應(yīng)生成電能后再儲存在電池內(nèi)。

5 新能源汽車電池核心技術(shù)故障案例

5.1 新能源汽車電池核心技術(shù)運行過程

在電池的運行過程中，核心技術(shù)故障可能會導(dǎo)致鋰離子動力電池失效，而影響新能源汽車充電性能和安全等。首先是電解液極化現(xiàn)象。主要原因有：（1）電極材料存在缺陷或因晶核析出雜質(zhì)；（2）晶硅片之間發(fā)生化學(xué)作用時產(chǎn)生了較大程度上的溶解；（3）由于電化學(xué)反應(yīng)引起反應(yīng)性氣體滲入到表面形成微孔（石墨化）從而使電池內(nèi)部出現(xiàn)氣泡、嵌入不良氣體，導(dǎo)致放電不穩(wěn)定以及鋰離子動力電池失效等問題。

5.2 新能源汽車電池核心技術(shù)故障案例分析與結(jié)果

新能源汽車電池主要由磷酸鐵鋰及其合金、錳的氧化物以及氧化鋅和二氧化硅組成。當使用酸鎳鈣作為電極時，其電化學(xué)性能會發(fā)生一些變化。如電解液中含硫酸銅，可使反應(yīng)速率加快；而磷酸鐵鋰是一種強酸性金屬離子化合物它對人體有很好的保護效果且價格便宜易學(xué)而且無毒環(huán)保等特點使得磷酸鐵鋰電池成為新能源汽車電池故障診斷與排除當中比較難解決的難題之一。

新能源汽車電池的核心技術(shù)故障，是指電池在使用過程中，由于外部環(huán)境變化或內(nèi)部損壞而導(dǎo)致其性能下降。主要表現(xiàn)有：短路、斷電。當出現(xiàn)這種情況時需要及時更換；若充電時間過長或者沒有進行檢測和維護的話會造成蓄電量不足等問題；如果長時間儲能系統(tǒng)不工作就可能引起鋰離子的氧化反應(yīng)從而引發(fā)鋰電池壽命縮短甚至失效現(xiàn)象，同時也容易產(chǎn)生記憶效應(yīng)而導(dǎo)致容量降低或喪失使用價值。

5.3 新能源汽車電池核心技術(shù)的應(yīng)用與效果

在新能源汽車電池的核心技術(shù)故障診斷與排除方面，首先，我們要對其進行深入研究，并根據(jù)分析結(jié)果制定出相應(yīng)的策略。其次就是加強電池組部件和關(guān)鍵零部件之間協(xié)同配合關(guān)系。再次是提高充放電效率、減少電火花產(chǎn)生等措施來提升充電性能以及降低成本問題；最后針對鋰離子動力電源（ESC）、磷酸鐵氫鈉及其它相關(guān)技術(shù)故障診斷與排除方面提出了一些具體可行方案，從而確保新能源汽車核心技術(shù)在實際應(yīng)用中的效果能夠達到預(yù)期目標及要求。

6 結(jié)論與展望

電池技術(shù)是新能源汽車領(lǐng)域發(fā)展的重要一環(huán)，也成為當今世界各國關(guān)注的焦點。在未來幾年，鋰離子動力電源市場份額將以每年 15% 的遞增速度迅速占領(lǐng)傳統(tǒng)內(nèi)燃機市場。我國經(jīng)濟和社會水平不斷提高，人民生活質(zhì)量不斷提高，對環(huán)境污染問題的關(guān)注度不斷提高，這些因素都促使鋰離子動力電池行業(yè)向更高性能方向邁進。在這樣的背景下，核心技術(shù)故障診斷與排除成為關(guān)鍵性工作，它關(guān)系到汽車產(chǎn)業(yè)鏈的可持續(xù)發(fā)展以及新能源電動車輛未來在市場上占據(jù)更大優(yōu)勢地位。

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