新能源汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)故障診斷分析

摘 要：現(xiàn)如今，新能源汽車(chē)已經(jīng)成為汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的一大主流趨勢(shì)，同時(shí)，也有效解決了我國(guó)日益枯竭的能源問(wèn)題。動(dòng)力電池系統(tǒng)作為新能源汽車(chē)的核心與基礎(chǔ)，其安全性與可靠性日益成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。然而，隨著新能源汽車(chē)市場(chǎng)規(guī)模的不斷壯大，新能源汽車(chē)關(guān)鍵的組成部分—?jiǎng)恿﹄姵叵到y(tǒng)的問(wèn)題也逐漸顯露出來(lái)?；诖?，本文就新能源汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)故障診斷的基本方法以及有效策略展開(kāi)詳細(xì)且深入的探討，以期為提高新能源汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)的可靠性與安全性做出貢獻(xiàn)，為推動(dòng)新能源汽車(chē)行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展貢獻(xiàn)綿薄之力。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē) 動(dòng)力電池系統(tǒng) 故障診斷

0 引言

隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級(jí)以及大眾環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，新能源汽車(chē)在汽車(chē)行業(yè)所占的份額逐步提升。作為新能源汽車(chē)的核心組件以及關(guān)鍵基礎(chǔ)，動(dòng)力電池系統(tǒng)的地位不可動(dòng)搖，其性能與汽車(chē)的續(xù)航里程、安全性以及經(jīng)濟(jì)性息息相關(guān)。然而，隨著電池循環(huán)次數(shù)的增加，其內(nèi)部可能會(huì)發(fā)生諸如容量衰減、內(nèi)阻增大、熱失控等一系列故障，從而直接影響整個(gè)動(dòng)力電池的使用壽命，更嚴(yán)重的情況，還可能會(huì)引發(fā)一系列安全事故。由此看來(lái)，通過(guò)對(duì)新能源汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)故障準(zhǔn)確、及時(shí)的診斷與分析，有利于有效保障電池的健康狀態(tài)，而且對(duì)提升車(chē)輛運(yùn)行的安全性也發(fā)揮著積極作用。

1 新能源汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)概述

隨著新能源汽車(chē)的迅速發(fā)展，動(dòng)力電池系統(tǒng)的作用逐漸凸顯。通常情況下，動(dòng)力電池系統(tǒng)的功能主要包括兩方面，其一，實(shí)時(shí)監(jiān)控電池的各項(xiàng)性能參數(shù)，通過(guò)有效性能管理來(lái)全面且具體的了解電池的實(shí)際運(yùn)行情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并在第一時(shí)間內(nèi)處理。其二，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境有效控制電池溫度，尤其避免電池溫度出現(xiàn)過(guò)高或者過(guò)低的情況，影響電池整體性能，甚至引發(fā)安全事故。這一科學(xué)有效的調(diào)節(jié)機(jī)制有助于新能源汽車(chē)靈活適應(yīng)多種復(fù)雜多變的環(huán)境，同時(shí)，有效延長(zhǎng)電池的使用壽命，這對(duì)提升電池乃至汽車(chē)使用的整體效率以及安全系數(shù)均發(fā)揮著積極作用。然而，一旦新能源汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)出現(xiàn)故障，那么不僅無(wú)法保證電池持續(xù)且穩(wěn)定的性能輸出，而且還可能對(duì)防護(hù)以及預(yù)警機(jī)制產(chǎn)生直接影響，從而給電池帶來(lái)不可估量的損失。更嚴(yán)重的情況是，新能源汽車(chē)可能在駕駛過(guò)程中出現(xiàn)故障，這樣就會(huì)直接威脅駕駛?cè)藛T的生命與財(cái)產(chǎn)安全。基于此，本文對(duì)新能源汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)故障展開(kāi)了具體且深入的研究，以期及時(shí)消除故障，為車(chē)輛的持續(xù)健康運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的保障。

2 新能源汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)故障診斷的基本方法

新能源汽車(chē)作為未來(lái)交通工具的重要發(fā)展方向，其核心要素之一—?jiǎng)恿﹄姵叵到y(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性顯得尤為關(guān)鍵。一般而言，動(dòng)力電池系統(tǒng)故障可分為內(nèi)部故障以及外部故障兩種情況。這兩種情況最根本的區(qū)別在于外部故障通常是由系統(tǒng)外部因素而引起的問(wèn)題，比如環(huán)境溫度的影響、動(dòng)力電池系統(tǒng)異常等，而內(nèi)部故障的關(guān)鍵引發(fā)因素來(lái)源于電池本身，比如電池本身結(jié)構(gòu)不良、電池內(nèi)部電線短路等問(wèn)題，如若以上故障得不到有效且及時(shí)的處理，那么可能會(huì)直接影響車(chē)輛的正常運(yùn)行。為了有效診斷系統(tǒng)故障，首要任務(wù)就是科學(xué)分析采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)，提取出鮮明的特征信息，根據(jù)這些信息，依托相關(guān)的理論知識(shí)來(lái)準(zhǔn)確判斷故障類型以及故障位置，以便為后期的故障解決提供客觀具體的數(shù)據(jù)支撐。一般來(lái)說(shuō)，故障診斷方法主要為三種，每種方法的工作原理與實(shí)施條件有所差異。第一種，以知識(shí)為基礎(chǔ)進(jìn)行診斷。這意味著相關(guān)人員必須具備扎實(shí)的故障理論以及實(shí)操能力，對(duì)維修人員的邏輯分析能力以及實(shí)操經(jīng)驗(yàn)要求較高。維修人員通常需要根據(jù)邏輯推理以及邏輯評(píng)估判斷并分析具體故障。以故障樹(shù)分析法為例，專業(yè)人員主要依托專業(yè)的知識(shí)與豐富的經(jīng)驗(yàn)來(lái)綜合評(píng)估故障起源；第二種，基于模型的診斷。該方法側(cè)重于通過(guò)精確測(cè)量采集系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，然后，借助數(shù)學(xué)模型對(duì)比分析實(shí)際輸出與預(yù)期輸出的差異，從而準(zhǔn)確定位故障位置。最常見(jiàn)的方法有殘差生成和評(píng)價(jià)法，指的是通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輸出值的異?；蜃兓瘉?lái)預(yù)測(cè)故障；第三種，基于數(shù)據(jù)信息的診斷。這種方法具體指的是借助先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段來(lái)提取并分析、處理數(shù)據(jù)，比如數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等，這樣，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)故障全面監(jiān)控以及快速隔離的目的。最常見(jiàn)的方法有信息結(jié)合法、機(jī)器學(xué)習(xí)法等。通過(guò)前沿科學(xué)技術(shù)的加持，有助于有效提升故障檢出的精確度，提高整體故障處理的自動(dòng)化水平。

3 新能源汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)

動(dòng)力電池系統(tǒng)作為新能源汽車(chē)的“心臟”，為汽車(chē)運(yùn)行提供能量與支撐。動(dòng)力電池系統(tǒng)由電池單體、電氣機(jī)械裝置以及電池管理控制器等核心組件共同組成。電池單體作為整個(gè)系統(tǒng)的“基石”，由正極、負(fù)極、電解質(zhì)等關(guān)鍵部件而組成。其質(zhì)量好壞，直接影響著整個(gè)電池系統(tǒng)的可靠性與有效性，正是因?yàn)槿绱耍瑢?duì)其品質(zhì)才提出了更高要求。電池模塊作為整個(gè)電池系統(tǒng)當(dāng)中的一個(gè)小型模塊，實(shí)為若干電池單體通過(guò)技術(shù)手段串聯(lián)或并聯(lián)后的組合體。這一科學(xué)的設(shè)計(jì)一方面是為了提高電池組的能量密度以及輸出效率，另一方面，則是為了一旦發(fā)生故障時(shí)可快速的定位與替換。要知道，電池生產(chǎn)制造工藝極其復(fù)雜，有時(shí)候，很可能會(huì)因?yàn)槲⑿〉钠疃绊憜误w電池的整體性能，有時(shí)候還會(huì)因?yàn)闇囟仁Ш?、電壓不一致等?dǎo)致電池局部升溫或者出現(xiàn)內(nèi)短路等危險(xiǎn)情況。除此之外，由于車(chē)輛在行駛過(guò)程中可能會(huì)面臨一系列復(fù)雜多變環(huán)境因素的影響，加之駕駛?cè)藛T的駕駛習(xí)慣存在一定差異性，有時(shí)候可能會(huì)導(dǎo)致一系列問(wèn)題，比如高壓連接器進(jìn)水、電池箱體破損、外部碰撞等，這些問(wèn)題均有可能直接或者間接地影響電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也可能制約其性能的穩(wěn)定發(fā)揮。綜合以上所述，不論是動(dòng)力電池自身的不足還是諸多外部因素的影響，均可能影響新能源汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性、安全性，也與車(chē)輛整體行駛安全息息相關(guān)。

4 新能源汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)故障診斷的有效策略

4.1 溫度異常故障診斷與處理

隨著新能源汽車(chē)行業(yè)的飛速發(fā)展，動(dòng)力電池系統(tǒng)的溫度控制日漸成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。溫度異常，一方面會(huì)直接影響動(dòng)力電池系統(tǒng)的性能與壽命，另一方面，還可能危及駕駛員與乘客的生命安全。因而，針對(duì)溫度異常故障應(yīng)給予充分的重視。以某知名新能源汽車(chē)品牌—xx為例，如若汽車(chē)行駛過(guò)程中遇到電池管理系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)并且汽車(chē)儀表盤(pán)顯示電池溫度超出正常值類似的現(xiàn)象時(shí)，這就需要專業(yè)人員及時(shí)對(duì)其進(jìn)行故障分析，包括準(zhǔn)確定位故障位置并制定針對(duì)性的解決對(duì)策。故障診斷的首要步驟要求專業(yè)人員全面搜集并仔細(xì)分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)，包括溫度、電壓、電流等關(guān)鍵指標(biāo)，以便為準(zhǔn)確定位故障提供重要的數(shù)據(jù)支撐。接下來(lái)，專業(yè)人員需要對(duì)汽車(chē)的散熱系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)檢查，判斷依據(jù)為風(fēng)扇是否正常工作，散熱片是否出現(xiàn)堵塞等。之后，專業(yè)人員需要著手對(duì)電池各模組間的溫度差異進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)結(jié)果定位引發(fā)故障的具體原因。除此之外，專業(yè)人員還需進(jìn)一步檢查并全面評(píng)估電池的整體狀態(tài)，具體涉及電池的老化程度、充放電循環(huán)次數(shù)等，這些將為判斷電池是否需要更新或者修復(fù)提供具體且詳盡的參考依據(jù)。綜合以上數(shù)據(jù)與診斷結(jié)果，相關(guān)人員大多時(shí)候可初步判斷出導(dǎo)致溫度異常故障的主要原因，這為之后專業(yè)人員采取針對(duì)性且科學(xué)有效的維修措施奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在故障處理階段，相關(guān)人員首要任務(wù)就是對(duì)電池進(jìn)行降溫處理，增強(qiáng)電池系統(tǒng)的散熱功能，控制運(yùn)行時(shí)的熱生成。最常見(jiàn)的處理方法為應(yīng)用風(fēng)冷、液冷以及相變材料等，同時(shí)，還可通過(guò)限制充放電電流、調(diào)整充放電曲線等方法來(lái)有效防止電池工作時(shí)的熱發(fā)生。就安全干預(yù)而言，如若檢測(cè)到溫度異常，那么動(dòng)力電池系統(tǒng)應(yīng)立即中斷充放電過(guò)程，如果需要，汽車(chē)應(yīng)立即啟動(dòng)緊急冷卻系統(tǒng)，如此，便能大幅度降低安全風(fēng)險(xiǎn)，保障車(chē)內(nèi)人員的生命安全。

4.2 絕緣故障診斷與處理

絕緣故障是新能源汽車(chē)電池系統(tǒng)最常見(jiàn)的故障之一，可能引發(fā)電能泄漏、短路乃至火災(zāi)或爆炸等嚴(yán)重后果。舉一個(gè)很形象的案例，假設(shè)某知名品牌xx的新能源汽車(chē)在行駛過(guò)程中突然出現(xiàn)動(dòng)力中斷類似的問(wèn)題，與此同時(shí)，汽車(chē)的儀表盤(pán)提示絕緣故障警告。此時(shí)，檢修人員應(yīng)盡快采取綜合故障診斷方法。第一步，他們需要用專業(yè)的絕緣電阻測(cè)試儀測(cè)量動(dòng)力電池系統(tǒng)的絕緣電阻值，以判斷電氣元件之間是否存在電流泄漏或者短路等情況。第二步，檢修人員采用目視檢查法，憑借豐富的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)那些不易被專業(yè)儀器檢測(cè)出的實(shí)體破損或者磨損情況。通常來(lái)說(shuō)，造成絕緣故障的原因有很多，包括電池包密封性能不足，進(jìn)水導(dǎo)致絕緣下降；電池模組之間的連接件松動(dòng)或腐蝕等。在后續(xù)診斷過(guò)程中，為了精準(zhǔn)找到并確定故障原因，檢修人員應(yīng)再次運(yùn)用專業(yè)的絕緣電阻測(cè)試儀，通過(guò)對(duì)比實(shí)測(cè)絕緣電阻值與標(biāo)準(zhǔn)閾值來(lái)判斷動(dòng)力電池系統(tǒng)的絕緣性能是否存在問(wèn)題。一旦電阻值低于安全閾值，那么表明絕緣性能降低，系統(tǒng)可能存在故障。之后，專業(yè)人員可采用脈沖響應(yīng)法、頻率響應(yīng)法等高級(jí)診斷技術(shù)，進(jìn)一步定位故障點(diǎn)和故障性質(zhì)。除此之外，檢修人員還需要仔細(xì)檢查電池包的外觀，看其是否存在損傷以及水漬等情況。隨后，檢修人員需要進(jìn)一步檢查電池包的內(nèi)部線束，重點(diǎn)查看其磨損以及裸露程度。在完全確定故障原因之后，檢修人員需要立即修復(fù)線束并通過(guò)加強(qiáng)對(duì)線束的防護(hù)來(lái)有效解決絕緣故障問(wèn)題。從駕駛?cè)藛T的角度出發(fā)，為了從根本上預(yù)防絕緣故障現(xiàn)象的出現(xiàn)，他們應(yīng)提起對(duì)定期檢查和測(cè)試絕緣電阻的重視程度，同時(shí)，他們還應(yīng)有意識(shí)的監(jiān)控并控制環(huán)境濕度、溫度等潛在的影響因素，多措并舉，全方位、立體化的確保新能源汽車(chē)的運(yùn)行正常與安全。

4.3 電壓異常故障診斷及處理

電壓異常故障可分為電池欠壓故障、采集線保險(xiǎn)絲故障、采集線端子故障等不同的情況，每種情況均可能直接影響電池的使用壽命與性能。首先，電池欠壓故障。如果新能源汽車(chē)的動(dòng)力電池系統(tǒng)發(fā)生電池欠壓故障，這可能導(dǎo)致車(chē)輛電壓出現(xiàn)問(wèn)題，從而直接影響車(chē)輛的正常駕駛。為了提高診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性，檢修人員可利用萬(wàn)用表測(cè)試電池電壓并將測(cè)試數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄下來(lái)，隨后，對(duì)比正常監(jiān)控電壓值，如果二者之間數(shù)值的差異性明顯，那么就可以證明電池確實(shí)存在問(wèn)題，這時(shí)候，最有效的處理方法為及時(shí)更換新電池。其次，采集線保險(xiǎn)絲故障。此類故障發(fā)生之后，檢修人員第一步要做的就是及時(shí)測(cè)量保險(xiǎn)絲的電阻值，以此為依據(jù)，對(duì)比正常的電阻值，如果高出正常的電阻值，那么需及時(shí)更換保險(xiǎn)絲，這樣就能妥善解決故障問(wèn)題。最后，采集線端子故障。針對(duì)此類故障，檢修人員第一步應(yīng)檢查采集線同端口，旨在判斷端口是否存在連接異常等情況，如果異常不存在，接下來(lái)，檢修人員再對(duì)采集線的固定螺栓進(jìn)行進(jìn)一步檢查，重點(diǎn)檢查其是否存在松動(dòng)等類似的現(xiàn)象。以上步驟的最終目的就是能精準(zhǔn)定位故障產(chǎn)生的原因，以便為制定針對(duì)性的解決對(duì)策提供關(guān)鍵支撐，從而保障動(dòng)力電池系統(tǒng)的正常運(yùn)行。除了上面提到的檢測(cè)方法之后，檢修人員還可以采用輕輕搖動(dòng)的方式來(lái)判斷具體部件是否存在松動(dòng)的情況，如若發(fā)現(xiàn)異常，那么便可及時(shí)進(jìn)行加固處理。如果發(fā)現(xiàn)部分采集線已經(jīng)損壞，那么最有效的方法為及時(shí)更換，同時(shí)，檢查線端子的接觸是否良好。通過(guò)以上一系列措施，旨在有效解決電壓異常故障，以此來(lái)保證動(dòng)力電池系統(tǒng)的正常運(yùn)行。當(dāng)然，定期的電池維護(hù)和診斷也是防止電壓異常至關(guān)重要的一環(huán)，以確保電池系統(tǒng)在整個(gè)使用壽命期間保持最佳使用狀態(tài)。

5 新能源汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)故障診斷未來(lái)的發(fā)展方向

首先，關(guān)于動(dòng)力電池故障識(shí)別與診斷，隨著我國(guó)信息技術(shù)的快速發(fā)展，以大數(shù)據(jù)技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)為代表的前沿技術(shù)成為推動(dòng)眾多領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展的核心動(dòng)力，尤其對(duì)于新能源汽車(chē)動(dòng)力電池故障識(shí)別與診斷方面表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)與巨大的潛力。傳統(tǒng)的故障診斷方法主要依賴于專家經(jīng)驗(yàn)以及物理模型，不僅效率不高，而且還難以滿足復(fù)雜多變的市場(chǎng)需求?；跀?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的故障診斷技術(shù)，主要依托先進(jìn)的大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)尋找故障的潛在跡象和規(guī)律，從而顯著提高判斷的準(zhǔn)確性與效率。當(dāng)前，部分企業(yè)已經(jīng)成功應(yīng)用了智慧專家系統(tǒng)，依托先進(jìn)的技術(shù)以及大數(shù)據(jù)算法來(lái)高效率分析汽車(chē)行駛過(guò)程中出現(xiàn)的故障碼，以此為基礎(chǔ)，快速生成維修建議，提高故障解決的有效性與實(shí)效性。其次，關(guān)于動(dòng)力電池系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)，數(shù)據(jù)表明，科學(xué)預(yù)測(cè)有助于有效預(yù)防可能出現(xiàn)的重大事故，從而推動(dòng)新能源汽車(chē)行業(yè)向更高層次發(fā)展。部分學(xué)者反映，當(dāng)前針對(duì)這一問(wèn)題的研究難點(diǎn)在于怎樣通過(guò)組建電池故障預(yù)測(cè)機(jī)制、實(shí)施多級(jí)報(bào)警。目前，應(yīng)用最廣泛的為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法，具體來(lái)說(shuō)，指的是通過(guò)大量搜集新能源汽車(chē)在實(shí)際行駛過(guò)程中的數(shù)據(jù)，依托時(shí)間序列模型以及融合模型，明確數(shù)據(jù)特征和故障之間的關(guān)聯(lián)性。未來(lái)，伴隨著更多創(chuàng)新技術(shù)的加入，相信新能源汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)故障診斷領(lǐng)域?qū)?huì)迎來(lái)突破性的發(fā)展。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從現(xiàn)實(shí)情況出發(fā)，我國(guó)的新能源汽車(chē)還在不斷發(fā)展、不斷完善的重要階段，尤其是動(dòng)力電池系統(tǒng)依舊存在各式各樣的問(wèn)題亟待解決。通過(guò)本文對(duì)新能源汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)故障診斷的基本方法、有效策略等相關(guān)內(nèi)容的詳細(xì)介紹，以期為確保動(dòng)力電池系統(tǒng)整體穩(wěn)定性、安全性貢獻(xiàn)力量，從而最大程度地降低新能源汽車(chē)行駛安全隱患，助推新能源汽車(chē)售后市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)良性發(fā)展。

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