电动汽车锂电池管理系统的故障诊断的研究

梁永发

摘 要：随着科技的快速发展和进步，我国的汽车已经开始从耗油汽车向电动汽車进行转型。现在这几年电动汽车发展的越来越快，人们使用的情况也在不断的上升。在电动汽车中最重要的就是电池管理系统，因为电池管理系统不仅需要控制电池，还会影响整个车的系统。如果电动汽车的锂电池管理系统发生故障，在诊断故障和修复上会非常的困难，所以在平时的时候一定要加强对电池的爱护。本文通过分析电动汽车锂电池的原理和目前出现的一些系统故障等，深入了解发生故障的原因，同时找出一些快速诊断故障的方法和解决故障的措施，希望能够给以后的电动汽车发展带来一些帮助。

关键词：电动汽车;锂电池管理系统;故障诊断

1 引言

近几年国家和政府都开始重点扶植电动汽车行业，让电动汽车行业得到了快速发展的机会，但是在实际发展的时候出现了一定的阻碍，就是电动汽车里面的锂电池问题，因为电动汽车里面的动力全部来自于电池，所以电池的性能会直接影响电动汽车的安全和行驶情况。电动汽车里面的电池系统属于一种高压部件，电池系统的质量能够影响整个电动汽车的安全和可靠。通过以往的分析能够发现在电池系统里面经常发生的故障的部位主要有以下几个：传感器故障、执行器故障、元件部的故障等。这些故障如果发生不仅会影响汽车的系统性能，还会出现安全事故。

2 电动汽车锂电池原理

锂离子和一般的化学能源不同，锂电池在充电的时候主要是通过嵌入电池来完成，放电的时候通过脱嵌电池来完成。电池充电就是把锂离子从正极中脱出来，经过电解液的帮助穿过隔膜进入到负极材料中;电池放电就是把锂离子从负极中脱出来，经过电解质的帮助穿过隔膜回到正极。

3 电动汽车锂电池管理系统概述

在电动汽车里面锂电池管理系统主要的作用就是测量电池参数，控制电池工作的状态，在稳定状态下运行的只能电池测量系统。锂电池管理系统不仅是检测电池参数的智能管理系统，还能预测出电池的剩余电量。电动汽车锂电池管理系统主要包括：状态估计、数据显示、数据采集、故障诊断等。

电动汽车锂电池管理系统的主要功能包括：（1）通过测量了解锂电池的各个信息参数;（2）建立电池管理系统的通信总线，实现数据之间的交换;（3）通过锂电池管理系统的帮助来对电动汽车进行故障诊断和检测;（4）为了更好的保证电动汽车能够正常使用，电动汽车锂电池管理系统里面还有一些关于BMS的管理控制功能，主要包括：电池均衡、热管理、控制信号的输送等。

电动汽车锂电池管理系统的特点：在电动汽车里面连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带就是锂电池管理系统。锂电池管理系统主要的任务就是检测电池的使用状态，分析电池参数，控制电池充电和放电。因为二次电池里面有很多的缺点在使用的时候经常会出现寿命短等情况，要想真正的分析好电池的性能就需要电池管理系统的帮助。电池管理系统能够有效的控制电池，帮助电池提高电池的利用率，增加电池的寿命。

4 系统故障原因及诊断

4.1 系统故障原因

4.1.1 充放电电路故障

目前影响电动汽车电池寿命最主要的故障就是充放电短路故障。电动汽车在使用的时候如果出现充放电短路故障就会出现安全事故。目前引起充放电短路故障的主要原因包括：（1）锂电池电池不一致，电池组之间存在电压和电阻等参数不同引起的，一个电池不一样就会让整个电池组都出现故障;（2）锂电池充放电过量。每一个电池的本身都有一定的寿命，电池的容量也有一定的限制，如果电池经常充电就会让电池本身出现损伤，所以要等电池充满电之后一定要及时的拔出电源，此外还需要注意电池不能出现过充情况，如果出现过充情况就会非常容易引起对电解液与电极之间的破坏，最终出现内部短路的情况发生。

4.1.2 电池组故障

锂电池管理系统中重要的构成就是电池组，电池组由多个锂电池组成，因为每个电池本身的差异，在使用的时候经常会出现电池续航里程降低的情况发生，这主要的原因就是因为电池组里面电池单体放电过量。

4.1.3 BMS故障

电动汽车锂电池管理系统主要的作用就是监视和管理电动汽车。因为在BMS系统里面有很多的单片机，所以经常容易出现故障。

4.2 电动汽车电池原理系统故障诊断模型

4.2.1 影响锂电池的因素模型

电动汽车电池在使用的时候和温度有着密不可分的关系，锂电池在50℃的时候需要经历141个周期循环才能降低SOC的浓度。所以降低电池故障可以从降低温度入手。电池热变化过程是一个非稳态导热过程，电池产热的时候会出现一种不可逆的副反应热，电池热量的形成和电流强度还有温度都有关系。

4.2.2 电池荷载状况模型

在使用锂电池的时候能够显示电池剩余电量和显示管理电池系统主要的参数就是锂电池的荷载状态。电池在长期使用之后就会影响降低电池的寿命。所以电池管理系统故障诊断的最重要方法就是准确的测量锂电池的荷载状态。一般在测量的时候会使用以下的方法：首先是SOC估算方法，电动汽车里面的电池本身结构就非常的复杂，很难通过计算来了解参数，所以一般都使用评估方法来进行计算。在评估的时候主要评估的是电池电流和电压的情况，一般使用的方法包括：放电实验法、内阻法等。

Vapnik等研究者在研究的时候又发现了一种GA-LSSVR方法，这种方法是在统计学的基础上提出的，在计算的时候能够弥补传统神经网络存在的网络结构选择困难的问题。在实际工作中使用GA-LSSVR方法的时候需要注意一定要先对LSSVR进行测试，之后会随之生成一种二进制的编码，这个时候就可以利用相应的计算程度测出宽度值，如果测出的宽度值符合实际的要求就能够得出最后的参数值。

选择电动汽车锂离子电力电池的工作电流和温度还有电压作为输入就可以得出相应的数据，从数据的反应能够知道动力电池在实际充电的时候经常会受到一些外界因素的影响导致电池出现化学反应生成一定的热量。电池的工作电压显示出来的都是在正常运转的状态下锂电池的能量，随着能量的降低寿命也会慢慢的降低。

5 解决策略分析

要想保證电动汽车的安全就需要提高电动汽车管理系统，在解决诊断的时候可以包括以下内容：电动汽车的所有动力都来源于电池里面，随着科技的快速发展，电池也在不停的进步，电力续航的公里数也在不断的增加。动力电池优化的最重要组成部分就是电池管理系统，这也是对电动汽车安全行驶最重要的一个关键，电池组里面由电池单体组成，所以在放电的时候经常会因为单体的原因影响电池组的正常工作。

电动汽车在形式的时候如果突然出现了动力故障，最主要的原因就是因为电动汽车里面的电池过度放电导致的，电动汽车电池过度放电会让负极板里面的锂离子出现脱落情况，导致所有的负极层状结构出现坍塌，这个时候在充电的时候就会出现一些阻力，这些阻力会在负极的地方形成一个新的SEI膜，让输入进来的所有锂离子被消耗掉，这个时候电池的寿命就会大大的降低。

在排出电动车故障的时候需要等电动汽车充满之后在有针对性的对电动汽车里面锂电池进行内部数据的读取，最终了解单体高低电压和序列的参数，最终找出电池出现故障的原因，同时还需要根据分析找到合适的电池来进行更换，不能直接使用新的电池，也不能随便更换电池。

因为电动汽车在安装的时候里面会存在威胁人生命的压蓄电池组，如果在行驶的时候发生紧急情况或者是碰撞的时候电池里面的绝缘性会迅速下降，这个时候安装在电动汽车里面的BCM就会及时的诊断出被碰撞的信号，并且快速的切断动力电池的高压回路，减少高压触电的情况发生。

6 结束语

现在人们的环保意识越来越强，电动汽车行业的市场份额在不断的增加。锂电池管理系统作为电动汽车中最关键的一部分，需要不断的提高锂电池管理系统本身的专业技术，只有这样才能有效的加强我国电动汽车行业生产加工的能力，但因为电池管理系统里面的结构非常的复杂，相应的技术也还没有完善全，所以在使用的时候还经常出现一些故障，要想更好的降低科学电动汽车电池管理系统的故障就需要减少锂电池出现故障的几率，这样才能提升电动汽车自身的安全，最终达到保障人们安全的目的。为了保证电动汽车安全高效的行驶，最重要的就是要研究如何提高电池的性能和电池的安全。

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