動(dòng)力電池系統(tǒng)常見故障診斷分析

摘 要：有效準(zhǔn)確診斷分析新能源汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)的常見故障，對于提高新能源汽車綜合使用性能，預(yù)防動(dòng)力電池系統(tǒng)出現(xiàn)故障非常關(guān)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(dòng)力電池系統(tǒng)的常見故障及其診斷分析方法，闡述了動(dòng)力電池系統(tǒng)的組成及工作原理，分析了動(dòng)力電池系統(tǒng)的常見故障類型及其成因，研究了該車型的兩個(gè)實(shí)際故障案例，驗(yàn)證了所提出的故障分析方法的有效性。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力電池系統(tǒng) 故障 診斷 分析

1 緒論

新能源汽車憑借其節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢，在全球汽車市場中占據(jù)著日益重要的地位。動(dòng)力電池系統(tǒng)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(guān)。在實(shí)際使用過程中，動(dòng)力電池系統(tǒng)會(huì)受到多種因素的影響而出現(xiàn)故障，一旦出現(xiàn)故障，可能會(huì)導(dǎo)致車輛性能下降，無法正常充電或啟動(dòng)，甚至導(dǎo)致車輛瞬間失去動(dòng)力，引發(fā)交通事故。因而準(zhǔn)確及時(shí)地診斷這些故障并采取有效的修復(fù)措施對于保障新能源汽車的安全、可靠運(yùn)行至關(guān)重要。因此，以吉利帝豪EV450車型動(dòng)力電池系統(tǒng)常見故障為案例進(jìn)行深入分析與診斷具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 動(dòng)力電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理

動(dòng)力電池系統(tǒng)主要由電池單體、電池模組、電池管理系統(tǒng)（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(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的基本單元。電池模組由一個(gè)以上的電池單體串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)組合而成。CSC采集系統(tǒng)將監(jiān)測到的每個(gè)單體電池的溫度、電壓等信息上報(bào)給電池控制單元（BMU）。電池控制單元（BMU）是電池系統(tǒng)管理的核心部件。電池管理系統(tǒng)（BMS）對動(dòng)力電池進(jìn)行全面監(jiān)控與管理，以確保動(dòng)力電池的安全、高效運(yùn)行。

動(dòng)力電池系統(tǒng)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(dòng)力電池模塊連接，動(dòng)力電池模塊再通過高壓線和喚醒信號與車載充電機(jī)（OBC）連接。動(dòng)力電池系統(tǒng)通過整車控制器（VCU）和CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)和狀態(tài)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)充電和電氣控制功能。

3 動(dòng)力電池系統(tǒng)常見故障分析

動(dòng)力電池系統(tǒng)常見故障通常分為內(nèi)部和外部故障[2]。動(dòng)力電池系統(tǒng)發(fā)生故障原因有：外部系統(tǒng)或者內(nèi)部系統(tǒng)發(fā)生短路斷路、動(dòng)力電池系統(tǒng)連接設(shè)備如直流充電口接口等發(fā)生故障、丟失通訊、動(dòng)力電池系統(tǒng)過熱、動(dòng)力電池系統(tǒng)傳感裝置發(fā)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(xiàn)象

車輛在行駛過程中會(huì)出現(xiàn)動(dòng)力中斷或間歇性動(dòng)力丟失的現(xiàn)象。如車輛在加速時(shí)動(dòng)力突然減弱，或在行駛中出現(xiàn)頓挫感，甚至突然被限制動(dòng)力輸出；在充電時(shí)，出現(xiàn)充電電流不穩(wěn)定，充電功率無法達(dá)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(dòng)和沖擊，因長期彎折、拉伸而出現(xiàn)絕緣層破裂或?qū)Ь€斷裂，因車輛內(nèi)部的高溫環(huán)境導(dǎo)致線束的絕緣材料老化、損壞，導(dǎo)致電池模塊之間的連接線束插頭松動(dòng)或線路斷路。

3.2 動(dòng)力電池過熱故障

3.2.1 故障現(xiàn)象

電池外殼溫度過高，車輛出現(xiàn)動(dòng)力限制輸出或報(bào)警提示現(xiàn)象。如在充電時(shí)，因散熱不良，充電速度被強(qiáng)制降低或充電過程中斷，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)火災(zāi)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(dòng)力電池內(nèi)部的電阻熱效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，如散熱系統(tǒng)不能及時(shí)有效地將熱量散發(fā)，將導(dǎo)致電池溫度升高。

散熱系統(tǒng)故障：新能源汽車散熱系統(tǒng)中，因冷卻液循環(huán)管路連接處密封不良、管路老化破裂等導(dǎo)致冷卻液泄漏，風(fēng)扇電機(jī)自身損壞、軸承磨損，風(fēng)扇的控制電路故障都會(huì)導(dǎo)致散熱系統(tǒng)正常循環(huán)，不能將電池產(chǎn)生的熱量帶走，引發(fā)電池過熱，電池溫度升高。

環(huán)境溫度過高：車輛因長時(shí)間在高溫環(huán)境下行駛或充電，加重動(dòng)力電池自身的散熱負(fù)擔(dān)，容易出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。

動(dòng)力電池內(nèi)部短路：動(dòng)力電池內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)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(xiàn)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(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，動(dòng)力系統(tǒng)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(huì)導(dǎo)致充電提前結(jié)束。當(dāng)單體電池電壓過低或壓差大時(shí)，車輛的動(dòng)力性能會(huì)明顯下降。如在電動(dòng)汽車加速時(shí)，因電池?zé)o法提供足夠的電壓來支持電機(jī)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(xiàn)車輛無法啟動(dòng)的現(xiàn)象。

3.3.2 原因分析

單體電池故障：一是電池內(nèi)部發(fā)生短路，電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)會(huì)加劇，導(dǎo)致電池電壓迅速下降；二是在電池組中，因生產(chǎn)工藝等因素，各單體電池之間可能存在一定的差異[3]。經(jīng)多次充放電循環(huán)，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(huì)被放大。如某個(gè)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(dǎo)致電壓異常故障。

電壓均衡功能失效：均衡系統(tǒng)無法消除正常自放電差異導(dǎo)致的電芯間的SOC差異，無法達(dá)到均衡狀態(tài)，出現(xiàn)壓差[2]。

BMS誤判：BMS中的電壓傳感器出現(xiàn)故障將可能導(dǎo)致采集的電壓數(shù)據(jù)不準(zhǔn)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(xiàn)漂移現(xiàn)象，使測量的電壓比實(shí)際電壓偏高或偏低。

3.4 BMS模塊故障

3.4.1 故障現(xiàn)象

動(dòng)力電池電量顯示不準(zhǔn)確，車輛充電控制出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。如車輛無法正常啟動(dòng)充電或充電提前結(jié)束；電池溫度監(jiān)測偏差較大，可能導(dǎo)致電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)失效，影響電池安全性與壽命；壓差判斷錯(cuò)誤，導(dǎo)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(xiàn)故障，如傳感器老化、損壞或信號傳輸線路斷路、短路等，導(dǎo)致采集到的電池參數(shù)不準(zhǔn)確，從而使電池管理系統(tǒng)做出錯(cuò)誤的判斷與控制。

硬件故障：BMU、CSC系統(tǒng)等因電子元件損壞、電路板故障等原因，無法正常運(yùn)行其控制算法，無法對電池進(jìn)行有效的管理與監(jiān)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(xiàn)程序運(yùn)行錯(cuò)誤、死機(jī)等情況，影響其對電池的管理功能。

4 動(dòng)力電池系統(tǒng)故障診斷與分析

針對上述故障現(xiàn)象及原因分析，以吉利帝豪EV450車型為例，選取兩個(gè)實(shí)際故障案例進(jìn)行研究分析。

4.1 故障案例一：與整車控制系統(tǒng)丟失通信故障

4.1.1 故障現(xiàn)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(dòng)，隨后動(dòng)力全無。儀表盤上多個(gè)指示燈狂閃爍，顯示“整車控制系統(tǒng)通信故障”。嘗試重啟車輛，啟動(dòng)按鈕按下后毫無反應(yīng)，車輛仿若“死機(jī)”。此時(shí)，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(shí)測值為12.4V，在標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)故障碼U111487。因此，初步判斷為儀表至VCU模塊連接出現(xiàn)故障，導(dǎo)致儀表盤指示燈狂閃，動(dòng)力全無現(xiàn)象。

根據(jù)該車型BMS模塊簡化電路圖進(jìn)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(dòng)。檢查結(jié)果，無異常。如松動(dòng)，則緊固相應(yīng)線束、端子。

②檢測BMS模塊保險(xiǎn)絲是否熔斷。BMS模塊保險(xiǎn)絲為EF01和IF18。用萬用表測量EF01和IF18的電阻，實(shí)測值均為0.6Ω，判斷正常，排除保險(xiǎn)絲熔斷故障。如熔斷，則更換此保險(xiǎn)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(dǎo)通。啟動(dòng)開關(guān)使電源模式處于關(guān)閉狀態(tài)，斷開BMS模塊的線束連接器CA69，再啟動(dòng)開關(guān)使電源模式處于開啟狀態(tài)。用萬用表測量連接器CA69端子1對車身搭鐵的電壓，實(shí)測值為12.4V；測量連接器CA69端子7對車身搭鐵的電壓，實(shí)測值為12.4V。兩個(gè)測量結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)通。啟動(dòng)開關(guān)使電源模式處于關(guān)閉狀態(tài)，用萬用表測量連接器CA69端子2與車身接地之間的電阻，實(shí)測值為0.5Ω，小于1Ω，符合標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)開關(guān)使電源模式處于關(guān)閉狀態(tài)，切斷蓄電池負(fù)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(shí)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(shí)測值為0.4Ω。測量結(jié)果小于1Ω，符合標(biāo)準(zhǔn)值，判斷正常。如異常，則修理或更換此線束。

⑥更換BMS模塊。關(guān)閉電源，更換BMS模塊。試車，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

4.1.3 故障總結(jié)

經(jīng)拆卸分析，因BMS模塊硬件損壞，導(dǎo)致車輛與整車控制系統(tǒng)丟失通信故障，車輛出現(xiàn)抖動(dòng)，動(dòng)力全無現(xiàn)象。經(jīng)更換BMS模塊后，車輛恢復(fù)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(xiàn)象

一輛2018款吉利帝豪EV450車主反映，車輛在高速路行駛時(shí)，最高車速被限制，車輛強(qiáng)制進(jìn)行低速運(yùn)行模式。車主嘗試?yán)^續(xù)行駛一段距離，車輛速度逐漸降低直至無法繼續(xù)前行，只能將車輛?？繎?yīng)急車道并尋求救援。經(jīng)查看儀表板亮起黃色烏龜狀的指示燈，此時(shí)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(jù)車主描述，判斷故障為“烏龜燈”即功率降低指示燈報(bào)警，該車輸出功率受限制。檢查動(dòng)力電池外觀，并未發(fā)現(xiàn)明顯的碰撞、變形或滲漏跡象。連接故障診斷儀，車輛正常進(jìn)入READY模式，但“烏龜燈”點(diǎn)亮。故障診斷儀顯示故障碼為P1529-17、P1521-16，根據(jù)故障碼及車主描述，初步診斷為動(dòng)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(dòng)力電池，共有95個(gè)電池單體，每個(gè)單體電池電壓在理想壓差一般應(yīng)低于0.2V，單體電池電壓約3.64V[4]。

①讀取電池單體電壓數(shù)據(jù)。連接故障診斷儀，讀取所有單體電池的電壓數(shù)據(jù)流，檢測結(jié)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(shí)。對動(dòng)力電池進(jìn)行放電再充電，再次檢測，檢測結(jié)果與上述結(jié)果相符。

③拆卸動(dòng)力電池。斷電，用舉升機(jī)升起車輛拆卸車輛動(dòng)力電池，用萬用表測量85號單體電池電壓，實(shí)測值為2.32V，確認(rèn)為85號單體電池欠壓，屬于本體故障。

④進(jìn)行電壓均衡。用均衡儀對電池組進(jìn)行了均衡充電處理，試圖調(diào)整電池單體之間的電壓差異。但經(jīng)均衡充電后，85號電池單體電壓仍無法恢復(fù)正常。更換85號電池所在電池模組，裝復(fù)動(dòng)力電池總成。

⑤試車。啟動(dòng)車輛，該車正常進(jìn)入READY模式，組合儀表上的“烏龜燈”熄滅。反復(fù)路試，故障未再出現(xiàn)，故障排除。

4.2.3 故障總結(jié)

根據(jù)車主充電習(xí)慣及拆卸檢查分析，該車長期使用快充方式充電，導(dǎo)致電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)不均衡，85號電池單體出現(xiàn)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(dǎo)致“烏龜燈”亮，該車動(dòng)力輸出受限制。經(jīng)更換85號電池所在模組后，車輛恢復(fù)正常行駛。

5 總結(jié)

新能源汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)是一個(gè)較復(fù)雜的系統(tǒng)，不同的氣候、行駛環(huán)境、用車習(xí)慣等外界因素都會(huì)影響其發(fā)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(cái)產(chǎn)和人身安全，采取有效的方法提高動(dòng)力電池系統(tǒng)故障檢測與維修的效果、及時(shí)排除故障是關(guān)鍵。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，未來還需結(jié)合“端云一體化”“線上警報(bào)”“二級預(yù)警”等先進(jìn)技術(shù)對動(dòng)力電池系統(tǒng)進(jìn)行診斷，做到提前預(yù)警、及時(shí)保養(yǎng)、及時(shí)維修。本文探討了動(dòng)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(tǒng)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(dòng)力電池系統(tǒng)故障診斷分析提供一定的參考。

基金項(xiàng)目：2025年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目“汽車前照燈控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究”（2025KY2051）。

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