白曉軍 柳坤 王海濤 王充

摘要：在現(xiàn)代社會(huì)，在電動(dòng)汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，作為電動(dòng)汽車最基本也是最關(guān)鍵的組成部分，鋰電池管理系統(tǒng)一直是行業(yè)重視、人們關(guān)注的一個(gè)點(diǎn)。同時(shí)，鋰電池管理系統(tǒng)可以被看做是一個(gè)連接點(diǎn)，是連接汽車和電池之間的核心紐帶。由此可見，在電動(dòng)汽車中，鋰電池管理系統(tǒng)的常規(guī)運(yùn)行和正常運(yùn)作是極為重要的。故此，研究和探析電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)的故障，及其故障的診斷被提上日程。本篇文章通過簡單的介紹鋰電池管理系統(tǒng)及其故障的產(chǎn)生原因，就現(xiàn)階段鋰電池管理系統(tǒng)中存在的故障和相關(guān)診斷系統(tǒng)展開以下探討。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;鋰電池管理系統(tǒng);故障診斷

中圖分類號(hào)：U469.72;U472? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）20-0115-02

0? 引言

現(xiàn)階段，國家提出了生態(tài)文明建設(shè)，采用立法立策的方式提倡節(jié)能環(huán)保技術(shù)，提倡綠色發(fā)展。在綠色經(jīng)濟(jì)的大環(huán)境下，電動(dòng)汽車行業(yè)應(yīng)運(yùn)而生，相關(guān)產(chǎn)業(yè)得以長足發(fā)展，電動(dòng)汽車無論是使用量，還是生產(chǎn)量都得到了大幅度提升。電動(dòng)汽車走入了千家萬戶?；诖朔N情況，如何維持電動(dòng)汽車的性能，保障電動(dòng)汽車的安全成為了當(dāng)下汽車行業(yè)發(fā)展和建設(shè)過程中亟需解決的問題。在此基礎(chǔ)上，作為電動(dòng)汽車中不可或缺的一部分，鋰電池管理系統(tǒng)的維護(hù)和故障診斷就顯得尤為重要;同時(shí)，在鋰電池管理系統(tǒng)的運(yùn)行下，電池電路中帶有的高壓對(duì)電動(dòng)汽車的平穩(wěn)運(yùn)行和安全使用起著重要作用?？梢哉f，平穩(wěn)運(yùn)行的鋰電池管理系統(tǒng)直接決定了電動(dòng)汽車的安全性能和穩(wěn)定性能。當(dāng)電動(dòng)汽車出現(xiàn)問題時(shí)，輕則可以導(dǎo)致管理系統(tǒng)失靈，汽車行駛出現(xiàn)小問題、小故障，重則可能引發(fā)安全事故，造成人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

1? 鋰電池管理系統(tǒng)的基本概述

前文已經(jīng)提到，在電動(dòng)汽車的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)中，鋰電池管理系統(tǒng)起到的作用是極大的，該系統(tǒng)有時(shí)候也被稱作電池管家，主管電池的運(yùn)行情況和使用情況。其應(yīng)用的原因可以從以下兩個(gè)方面展開，即：因?yàn)殇囯x子活性太高，不加以限制容易起火甚至爆炸。另一個(gè)原因是為了電池的實(shí)用壽命的，即：禁止電池過度放電、電池過度充電、高溫?cái)嚯姇r(shí)防止起火、低溫?cái)嚯姇r(shí)為了防止電池使用壽命出現(xiàn)不可逆性的損傷等等。作為連接汽車動(dòng)力系統(tǒng)和汽車運(yùn)行系統(tǒng)的紐帶，鋰電池管理系統(tǒng)起到的作用主要分成以下幾點(diǎn)：第一，系統(tǒng)可以評(píng)估預(yù)算電池的基本狀態(tài)，并分析其狀態(tài)做出提前預(yù)警。第二，系統(tǒng)可以診斷電動(dòng)汽車的內(nèi)部電壓情況和電壓系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行電動(dòng)汽車的先決條件。第三，系統(tǒng)能夠貫穿電動(dòng)汽車的整個(gè)行駛過程，并采用循環(huán)放電的方式保障內(nèi)部電力的供應(yīng)。第四，系統(tǒng)能夠有效地控制鋰電池的充放電過程，并采用及時(shí)阻斷、平均電量的方式避免外部電池出現(xiàn)過充、內(nèi)部電池出現(xiàn)負(fù)充等現(xiàn)象，進(jìn)而最根本上避免了鋰電池的過度使用和過度開發(fā)，以此來增加鋰電池的使用時(shí)間和使用壽命。

除此之外，高壓電氣系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的重要組成部分，其功能主要包括以下三個(gè)方面：一是保證整車動(dòng)力和電能的傳輸;二是可以自由檢測高壓系統(tǒng)的故障;三是保證整車設(shè)備和人員的安全。目前，電動(dòng)汽車對(duì)高壓系統(tǒng)提出了更高的要求，要求高壓系統(tǒng)具備高壓自動(dòng)切斷功能。因此，應(yīng)首先對(duì)電池的失效模式和電池系統(tǒng)的安全性進(jìn)行詳細(xì)的分析。然后，應(yīng)進(jìn)行檢測并采取適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。再然后，在故障分析的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)診斷系統(tǒng)。最后，根據(jù)診斷規(guī)范開發(fā)軟件和故障診斷策略。

2? 電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)故障的研究

在電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)中，其系統(tǒng)故障一般是從三個(gè)方面展開研究的，即：電路、電池和系統(tǒng)。其中，電路和電池故障最為常見，系統(tǒng)故障最為復(fù)雜。其主要的故障分類具體體現(xiàn)在以下方面：

2.1 電路故障

電路故障指的是電動(dòng)汽車中鋰電池的充放電電路，這是一種因短路現(xiàn)象而出現(xiàn)的故障。在此類故障的影響下，鋰電池極易受損，容易出現(xiàn)損壞的情況，甚至有時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池組爆炸，進(jìn)而引發(fā)電動(dòng)汽車的爆炸，給使用者的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全都帶來了較大的隱患，產(chǎn)生的后果也是極為嚴(yán)重的。因此，在電動(dòng)汽車的鋰電池中，應(yīng)設(shè)立與電池容量等額的熔斷裝置和電路熔斷器，進(jìn)而在出現(xiàn)短路的情況下，將電路及時(shí)斷開，以此來防止電路故障問題的出現(xiàn)，從而保障電動(dòng)汽車的安全性能。

2.2 電池故障

在電動(dòng)汽車中，電池的作用可謂是巨大的。特別是對(duì)純電動(dòng)汽車而言，電池是相關(guān)汽車運(yùn)行行駛的主要?jiǎng)恿?。因此，電池組能夠正常并且安全地運(yùn)行是影響汽車是否可以正常使用的決定性因素之一。鋰電池系統(tǒng)的電池不是由單一電池組成的，其系統(tǒng)電池是由多個(gè)電池組成的電池組構(gòu)成的。雖然這些電池在規(guī)格和材料上相同，但是無法保障不同電池的供電性能和使用參數(shù)相同。加之，在電池長時(shí)間的運(yùn)行過程中，不同的電池由于不同的位置，其損耗情況也是不一樣的。這就會(huì)造成電池的使用時(shí)間和使用壽命出現(xiàn)了不一致的現(xiàn)象。在時(shí)間的推移下，電池的不一致現(xiàn)象會(huì)不斷積累，不同電池的充放電的總體時(shí)間也會(huì)產(chǎn)生較大的差距，進(jìn)而導(dǎo)致電池組供應(yīng)放電的時(shí)間會(huì)急劇縮減，最終導(dǎo)致電池故障現(xiàn)象的出現(xiàn)。因此，為了避免此類現(xiàn)象的發(fā)生，可以采用及時(shí)檢測電池容量，定期更換電池的方式，減少充放電過程對(duì)電池造成的損害，以此來避免電池故障的出現(xiàn)。

2.3 電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，BMS）故障

電池管理系統(tǒng)的功能是對(duì)電動(dòng)汽車鋰電池組進(jìn)行監(jiān)控和管理，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障，則無法對(duì)電動(dòng)汽車的電池組進(jìn)行有效的監(jiān)控。電池管理系統(tǒng)的組成部分很多，發(fā)生故障的可能性也很大。因此，有必要加強(qiáng)對(duì)相關(guān)系統(tǒng)故障的預(yù)防和處理，具體可以采用更新系統(tǒng)、定期維護(hù)系統(tǒng)的方式進(jìn)行。

3? 電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)故障診斷的要點(diǎn)研究

前文已經(jīng)提到過，在電動(dòng)汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，其整體系統(tǒng)的高壓電系統(tǒng)存在著較多的問題。比如說：安全性問題。這主要是因?yàn)殡妱?dòng)汽車在運(yùn)行的過程中，其產(chǎn)生的電流和電壓都是較大的，并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于安全電壓的限額。一旦出現(xiàn)電池故障、電路故障，亦或是電池液泄露等情況，極易導(dǎo)致爆炸事故和安全事故的出現(xiàn)。同時(shí)，在爆炸中會(huì)伴隨著燃燒現(xiàn)象，這些燃燒后的氣體和物質(zhì)對(duì)人體會(huì)造成不可逆的傷害，是需要格外重視和關(guān)注的。故此，為了更好地保障人們的生活安全和出現(xiàn)安全，需要開展相應(yīng)的故障診斷措施，進(jìn)而能夠及時(shí)地掌握故障的動(dòng)態(tài)，并采用合理的手段作出反應(yīng)，以此來減少鋰電池管理系統(tǒng)的故障情況。其故障診斷的要點(diǎn)具體體現(xiàn)在以下方面：

3.1 接觸器的故障診斷

當(dāng)鋰電池系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，接觸器起到的作用是切斷電路的作用，以此來保護(hù)電池的基本性能和電動(dòng)汽車的安全性能。由此可知，接觸器的故障診斷是非常重要的。一方面，接觸器的正常使用是汽車正常運(yùn)行的基礎(chǔ)保障。另一方面，接觸器為電動(dòng)汽車鋰電池延長了使用時(shí)間，具有非常積極的實(shí)用效益。

3.2 車身控制模塊的故障診斷

在電動(dòng)汽車中，其高壓系統(tǒng)的控制離不開車身控制模塊（Boay Control Module，BCM），BCM同樣是控制系統(tǒng)安全的關(guān)鍵因素之一。故此，在實(shí)際的故障診斷過程中，一定要對(duì)稱對(duì)車身控制模塊進(jìn)行定期檢測、按時(shí)檢修，尤其是高壓母線與大地之間的電阻，務(wù)必要定時(shí)進(jìn)行測量，以此來確保車身控制模塊的正常使用。另外，還需將母線和大地之間的電阻和絕緣性能上報(bào)給控制模塊局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN），進(jìn)而保障車內(nèi)所有系統(tǒng)都能第一時(shí)間得知實(shí)際情況，并作出反應(yīng)。需要注意的是，當(dāng)車身控制模塊檢測出電阻或是絕緣狀態(tài)出現(xiàn)問題時(shí)，可以采用細(xì)化系統(tǒng)，分級(jí)預(yù)警的方式來進(jìn)行上報(bào)工作。

3.3 互鎖電路的故障診斷

互鎖電路又被稱作高壓互鎖電路（High Voltage Inter-lock，HVIL），在互鎖電路中，電池管理單元（Battery Management Unit，BMU）會(huì)采用定期管理、定時(shí)檢測的方式觀察互鎖電路的狀態(tài)和情況。一旦互鎖電路出現(xiàn)故障，電池管理單元就會(huì)實(shí)時(shí)記錄相應(yīng)的故障情況，之后上報(bào)到整體控制器中，并隨之將接觸器斷開。

4? 鋰電池管理系統(tǒng)故障診斷策略研究

4.1 故障診斷策略的開發(fā)

在策略開發(fā)的過程中，其具體主要包括三個(gè)部分：故障檢測、故障數(shù)據(jù)管理和服務(wù)連接診斷。

第一，故障診斷的對(duì)象是蓄電池系統(tǒng)中的各個(gè)部件，在故障檢測、原因分析、故障模式分析的情況下，對(duì)各部件進(jìn)行故障診斷。

第二，故障數(shù)據(jù)管理是車載診斷系統(tǒng)的核心，也是車載診斷系統(tǒng)的核心內(nèi)容，其主要內(nèi)容是故障數(shù)據(jù)管理的診斷和處理算法。

第三，服務(wù)器連接診斷的內(nèi)容包括提供根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)定義的電子控制單元，以及外部診斷設(shè)備通訊的底層驅(qū)動(dòng)程序、協(xié)議。在車輛維修時(shí)，維修人員使用的外部診斷儀器，也是符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的外部工具。它的主要功能是讀取存儲(chǔ)的故障代碼，以保障維護(hù)工作的開展。

4.2 故障診斷軟件的設(shè)計(jì)

車身控制模塊診斷軟件體系結(jié)構(gòu)包括三個(gè)部分：主應(yīng)用層軟件、核心層軟件和底層驅(qū)動(dòng)軟件。

應(yīng)用層軟件的任務(wù)是檢測電池系統(tǒng)故障，讀取電池狀態(tài)數(shù)據(jù)，合理控制電池系統(tǒng)的關(guān)鍵控制變量。

核心軟件層是故障診斷的中心，主要包括故障代碼管理、診斷服務(wù)連接和故障代碼存儲(chǔ)三個(gè)部分。

底層驅(qū)動(dòng)軟件的主要內(nèi)容則是讀取和控制一些單片機(jī)狀態(tài)。

4.3 故障診斷系統(tǒng)的核心

故障診斷系統(tǒng)的核心是故障數(shù)據(jù)管理，它具有四個(gè)功能：

第一，存儲(chǔ)和管理蓄電池系統(tǒng)的故障代碼;

第二，為了更方便地檢查故障，需要存儲(chǔ)和管理與故障相關(guān)的凍結(jié)幀信息;

第三，為應(yīng)用程序的診斷服務(wù)提供連接功能程序和診斷儀;

第四，管理蓄電池系統(tǒng)故障燈及故障排除機(jī)制。

5? 結(jié)束語

綜上所述，對(duì)于電動(dòng)汽車鋰電池系統(tǒng)而言，其故障診斷的研究可以從故障研究和診斷系統(tǒng)研究入手。故此，在實(shí)際的研究過程中，要重視對(duì)相關(guān)故障的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并根據(jù)相關(guān)的原因提出有建設(shè)性和突破性的措施與建議。同時(shí)，要重視對(duì)診斷工作要點(diǎn)的探析，并在結(jié)合要點(diǎn)、立足實(shí)際的基礎(chǔ)上，研究故障診斷的具體措施。通過上述措施和方法，為行業(yè)的發(fā)展和建設(shè)鋪筑道路，為國家經(jīng)濟(jì)體系的優(yōu)化和完善提供必要的基礎(chǔ)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]周炳偉，許茗宸.電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)故障診斷[J].黑龍江科學(xué)，2020，11（10）：76-77.

[2]董樂然.電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的故障診斷[J].電工技術(shù)，2019（01）：14-17.

[3]閆云敬.電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)故障診斷思路研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（27）：144-145.

[4]汪亮.電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)的故障診斷方法分析[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2018（15）：18-19.

[5]許建忠.純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)原理及故障診斷[J].汽車與駕駛維修（維修版），2017（S1）：38-44.

[6]鄒明森.淺談電動(dòng)汽車鋰電池管理系統(tǒng)故障診斷[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017（10）：59-60.