安文濤

關(guān)鍵詞：單體電芯電壓、電壓均衡、動力電池組信息采集器BIC

故障現(xiàn)象：一輛2019 年產(chǎn)北汽EU5 純電動車， 行駛里程16.7 萬km，用戶反映該車?yán)m(xù)航里程嚴(yán)重偏低，電池荷電狀態(tài)SOC 低于40% 時， 車輛就會進(jìn)入龜速行駛模式，儀表中的動力電池故障警告燈點(diǎn)亮（圖1）。

檢查分析：維修人員根據(jù)故障現(xiàn)象分析可能的故障原因有：①動力電池故障；②動力電池管理系統(tǒng)BMS 故障；③動力電池線路故障。連接診斷設(shè)備對全車進(jìn)行故障掃描，動力電池管理系統(tǒng)報故障碼“P118522——電池單體電壓不均衡”（圖2）。

讀取數(shù)據(jù)流發(fā)現(xiàn)， 該組動力電池SOC 為42%， 總電壓365.640 V， 整包壓差0.625 V， 單體最高電壓3.752 V，單體最低電壓3.127 V，其中M2 單模組壓差最大為0.607 V（圖3）。

進(jìn)一步讀取M2 模組的數(shù)據(jù)， 可以確定故障就發(fā)生在M2 模組3 號電芯電壓過低上（圖4）。在電池組中單個電芯電壓過低，一般可以認(rèn)為是電池?fù)p壞或采樣電路故障，所以接下來要對電池包進(jìn)行拆解，實(shí)測并進(jìn)行故障排查。

測量動力電池組信息采集器BIC的采樣電路，M2 模組3 號電芯電壓為2.937 V（圖5），使用萬用表實(shí)測電壓為2.940 V（圖6）。電壓一致，證明采樣電路正常。檢查線路也未發(fā)現(xiàn)虛接、腐蝕、破損等情況，至此可以確認(rèn)M2 模組的3號單體電池有問題。

由于該車經(jīng)常直流充電，因此懷疑均衡不好導(dǎo)致單體壓差過大，嘗試對電池進(jìn)行均衡充電。裝車后進(jìn)行測試，故障沒有復(fù)現(xiàn)，也沒有其他異常，于是將車交還客戶并進(jìn)行跟蹤。但是好景不長，大約一個月后用戶再次回廠，依舊是動力電池管理系統(tǒng)報P118522 故障碼。

由于剛進(jìn)行過電池均衡， 所以這次懷疑電池是不是真的徹底壞了。考慮到拆裝比較繁瑣，所以先使用診斷設(shè)備的“電池動態(tài)測試”功能，看動力電池是否存在老化問題。進(jìn)入該功能并按照提示試車，得出的測試結(jié)果顯示：在加減速動態(tài)試車時，7 號電芯的電壓波動值最大， 達(dá)到了0.213 V， 其最低電壓為2.898 V（圖7）；28 號電芯的電壓波動值最小，僅有0.092 V，其最低電壓為3.646 V。

看似7 號電芯存在問題，但根據(jù)鋰電池的放電特性，能量存儲多的電池放電壓差小， 而當(dāng)SOC 小于30% 時， 電壓波動就會比較大。此時7 號電芯的最低電壓僅有2.898 V，所以波動較大也在合理范圍內(nèi)，并不能判定其電池健康狀態(tài)SOH 較差。

繼續(xù)分析電池內(nèi)阻情況，該參數(shù)是鑒定電池老化程度比較準(zhǔn)確的參數(shù)之一，相同使用條件下的電芯如果內(nèi)阻變大，說明其已經(jīng)發(fā)生老化。雖然該參數(shù)會隨結(jié)構(gòu)、材料成分、生產(chǎn)批次等因素存在差異，但是經(jīng)過配組后的電池包，各種因素的差異較小，參考價值還是很大的。根據(jù)電池的電化學(xué)特性，一般當(dāng)電池的SOH 老化至80% 時，內(nèi)阻會升高2～3 倍，但是這一過程并不是線性的，可能老化到某個程度時內(nèi)阻會突然大幅增加。

查看該車動態(tài)路試后的內(nèi)阻判斷結(jié)果。3 9 號電芯的內(nèi)阻最高， 為0.930 mΩ ；4 號和42 號內(nèi)阻最低， 為0.550 mΩ， 平均值為0.622 mΩ， 而7號電芯的內(nèi)阻是0.870 mΩ，介于平均值和最大之間（圖8）。內(nèi)阻最大的電芯并沒有出現(xiàn)異常，那么7 號電芯應(yīng)該也沒有問題。這里需要注意鋰電池SOC 小于30% 或大于90% 時，內(nèi)阻變化較大；此外，單模組兩端的電芯內(nèi)阻會受螺栓連接及線束長度的影響，導(dǎo)致動態(tài)測試數(shù)值偏大。

綜合以上情況分析，可以得出三條結(jié)論：①靜態(tài)測量單體電芯的電壓，證實(shí)7 號電芯電壓過低直接導(dǎo)致了故障報警；②動態(tài)測試電壓波動情況，雖然7號電芯電壓波動較大，但是考慮到7 號電芯SOC 低于30%，在電壓變化較大的區(qū)間，數(shù)值應(yīng)該在正常范圍內(nèi)；③動態(tài)測試內(nèi)阻，7 號電芯內(nèi)阻在整包平均值與最大值之間，并沒有明顯異常。

問題變得越來越矛盾，考慮到電池動態(tài)測試可能會受到BMS、BIC、線路等硬件條件干擾，導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確，于是又對動力電池進(jìn)行了拆解測量，并為此借來了一個內(nèi)阻測試儀。直接測量結(jié)果測得7 號電芯內(nèi)阻為0.416 mΩ，說明該電芯健康狀態(tài)并沒有問題（圖9）。那么現(xiàn)在的問題就在于為什么7 號電芯會在使用一個多月后出現(xiàn)電壓下降的問題。思來想去還有另外一種可能，也就是7 號電芯會獨(dú)立于其他電芯而發(fā)生放電的情況。

對7 號電芯進(jìn)行靜態(tài)電流測量，發(fā)現(xiàn)此時該電芯竟然有92 mA 的靜態(tài)電流（圖10）， 拔下BIC 后電流消失， 至此故障點(diǎn)終于得到確認(rèn)：問題就發(fā)生在BIC 內(nèi)部電路，存在自耗電的情況。這就解釋了為什么電池均衡后試車正常，但用了一個多月后故障又復(fù)發(fā)，因?yàn)槁╇婋娏鬏^小，經(jīng)過一段時間的積累，電壓降低至限值，故障才被觸發(fā)。

故障排除：更換動力電池組信息采集器BIC 后使用至今， 故障未再出現(xiàn)，至此故障徹底排除。

回顧總結(jié)：電動汽車已普及多年，隨著時間的推移，各種故障也日漸增多，但是因車輛動力系統(tǒng)的巨大變革而給傳統(tǒng)維修技師帶來了不小的挑戰(zhàn)。電池健康狀態(tài)這一重要參數(shù)極大影響著車輛性能及續(xù)航里程，對其性能的準(zhǔn)確評估尤為重要，這里總結(jié)幾個方法供大家參考借鑒。

（1）讀取靜態(tài)數(shù)據(jù)流：檢查電壓是否均衡，正常情況下各單體電芯的壓差一般在100 mV 內(nèi)（不同車型也會有差異，還有的車型為了少報故障碼，會設(shè)定比較高的極限值，例如本案例車型是高于500 mV 報故障碼）。如果個別電芯電壓過高或過低，需要考慮BIC 采樣異?；螂姵毓收?。

（2）動態(tài)測試單體電壓差變化：性能一致性好的動力電池，各電芯的壓差動態(tài)變化比較均勻。如果個別電芯動態(tài)壓差變化非常大， 說明該電芯容量降低、內(nèi)阻升高、健康狀態(tài)下降， 電池包整體性能也會因“木桶效應(yīng)”而容量降低，進(jìn)而影響續(xù)航里程。需要注意的是，動態(tài)測試要注意避開電芯電壓波動較大的低SOC 區(qū)域。

（3）檢測單個電芯內(nèi)阻：正常的電池包中各電芯內(nèi)阻在出廠時經(jīng)過適配，一致性較好，如果個別電芯內(nèi)阻明顯變大，說明該電芯已經(jīng)老化，需要拆解后對該電芯做進(jìn)一步測試。