5四模塊-案例3電池報警故障案例分析

1、.四單元案例三電動汽車動力蓄電池報警的故障案例分析一、車型故障資料一輛北汽新能源E150EV電動汽車，在正常行駛情況下，儀表盤突然發(fā)出警報提示音，幾秒鐘以后儀表盤顯示紅色字體“動力蓄電池故障”，導航面板顯示“中度故障請立即安全停車，與車輛授權服務商聯系”，同時電動汽車失去動力，油門踩到底也沒有任何反應，即車輛無法行駛了。二、鋰離子電池的基本知識1.鋰離子電池的組成：鋰離子電池包括電極、電解液、隔離物和外殼，其基本組成如下圖所示：2.鋰離子電池的工作原理：鋰離子電池的工作原理就是指其充放電原理：當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子脫出，脫出的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結

2、構，它有很多微孔，到達負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高，放電則正好相反。從中我們不難看出，在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子處于從正極負極正極的運動狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。所以，專家們又給了鋰離子電池一個可愛的名字搖椅式電池。3.鋰離子電池不能過充放電的原因：這是由于放電時，鋰離子不能完全移向正極，必須保留一部分鋰離子在負極，以保證下次充電時的鋰離子暢通嵌入通道，否則，電池壽命就相當短。為了保證碳層中放電后留有部分鋰離子，也就是鋰離子電池不能過放電，這就要嚴格限制放

3、電終止最低電壓；同時，根據鋰離子工作原理最高充電終止應為4.2V，不能過充，否則會因正極L材料中的Li離子拿走太多時，造成晶型癱塌，而使電池表現出壽命終結狀態(tài)。由此可見，鋰離子充/放電控制精度要求相當高，既不能過充，也不能過放，否則都將影響電池壽命，這是由鋰離子電池工作機理所決定的。動力電池系統主要由動力電池模組、電池管理系統、動力電池箱及輔助元器件等四部分組成。下圖是動力電池系統結構圖：下圖是動力電池組外觀和各組成部分名稱：4.動力電池組各部分名稱及功能：（1）電池單體：構成動力電池模塊的最小單元。一般由正極、負極、電解質及外殼等構成?？蓪崿F電能與化學能之間的直接轉換； 鋰離子電池的結構可通

4、過掃描以下二維碼進行了解：（圖片）（2）電池模塊：一組并聯的電池單體的組合，該組合額定電壓與電池單體的額定電壓相等，是電池單體在物理結構和電路上連接起來的最小分組，可作為一個單元替換；（3）模組: 由多個電池模塊或單體電芯串聯組成的一個組合體。（4）BMS的作用：電池保護和管理的核心部件，在動力電池系統中，它的作用就相當于人的大腦。它不僅要保證電池安全可靠的使用，而且要充分發(fā)揮電池的能力和延長使用壽命，作為電池和整車控制器以及駕駛者溝通的橋梁，通過控制接觸器控制動力電池組的充放電，并向 VCU（整車管理系統）上報動力電池系統的基本參數及故障信息。（5）BMS具備的功能：通過電壓、電流及溫度檢測

5、等功能實現對動力電池系統的過壓、欠壓、過流、過高溫和過低溫保護，繼電器控制、SOC 估算、充放電管理、均衡控制、故障報警及處理、與其他控制器通信功能等功能；此外電池管理系統還具有高壓回路絕緣檢測功能，以及為動力電池系統加熱功能。（6）BMS 的組成： 按性質可分為硬件和軟件，按功能分為數據采集單元和控制單元；（7）BMS 的硬件：主板、從板及高壓盒，還包括采集電壓線、電流、溫度等數據的電子器件構成；（8）BMS軟件：監(jiān)測電池的電壓、電流、SOC值（即剩余電量百分比值）、絕緣電阻值、溫度值，通過與 VCU、充電機的通訊，來控制動力電池系統的充放電。（9）輔助元器件：主要包括動力電池系統內部的電子

6、電器元件，如熔斷器，繼電器，分流器，接插件，緊急開關，煙霧傳感器等，維修插頭以及電子電器元件以外的輔助元器件，如密封條， 絕緣材料等。5.動力電池系統參數說明：動力電池系統的額定電壓=單體電芯額定電壓×單體電芯串聯數；動力電池系統的容量=單體電芯容量×單體電芯并聯數量；動力電池系統總能量=動力電池系統的額定電壓×動力電池系統的容量；動力電池系統重量比能量=動力電池系統總能量÷動力電池系統重量；6.電池管理系統（BMS）的工作原理：動力電池模組放置在一個密封并且屏蔽的動力電池箱里面，動力電池系統使用可靠的高壓接插件與高壓控制盒相連，然后輸出的直流電由電機控

7、制器轉變?yōu)槿嘟涣鞲邏弘?，驅動電機工作；系統內的BMS實時采集各電芯的電壓、各溫度傳感器的溫度值、電池系統的總電壓值和總電流值等數據，時時監(jiān)控動力電池的工作狀態(tài)，并通過CAN線與VCU或充電機之間進行通訊，對動力電池系統進行充放電等進行綜合管理。當前主要車型的BMS系統都具有過充保護功能。下圖是安裝在動力電池總成內部的BMS外觀圖：7.BMS （電池管理系統）故障分級與處理模式：三級故障：表明動力電池性能下降，電池管理系統降低最大允許充/放電電流；二級故障：表明動力電池在此狀態(tài)下功能已經喪失，請求其他控制器停止充電或者放電，其他控制器應在一定的延時時間內響應動力電池停止充電或放電的請求；一級故

8、障：表明動力電池在此狀態(tài)下功能已經喪失，請求其他控制器立即（1S內）停止充電或放電。如果其他控制器在指定時間內未作出響應，電池管理系統將在 2s 后主動停止充 電或放電（即斷開高壓繼電器）；其他控制器響應動力電池二級故障的延時時間一般少于 60秒，否則會引發(fā)動力電池上報一級故障。無論動力電池自身還是電池外電路的高壓回路上存在絕緣故障，BMS（電池管理系統）都會上報，并直接導致高壓斷開，在排查時要先斷開動力電池與其他不見的連接，然后用搖表一次測量各部件的絕緣值。建議優(yōu)先排查方向：高壓盒、電機控制器、空調壓縮機、PTC。三、故障成因原理分析北汽E150EV動力電池系統主要由動力電池模組、電池管理系

9、統（BMS）、動力電池箱及輔助元器件等四部分組成。其中，電池單體是構成動力電池模塊的最小單元。由正極、負極、電解質及外殼等構成。電池模塊是一組并聯的電池單體的組合，該組合額定電壓與電池單體的額定電壓相等，是電池單體在物理結構和電路上連接起來的最小分組，可作為一個單元替換；模組是由多個電池模塊或單體電芯串聯組成的一個組合體。如果某個電池單體損壞，就會引起B(yǎng)MS報警。北汽E150EV轎車采用鋰離子動力電池系統，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。充電時，鋰離子從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài)；放電時，則相反。鋰離子電池根據正極材料的不同，可以分為鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、磷酸

10、鐵鋰電池和三元素電池。北汽E150EV車型大部分采用的是磷酸鐵鋰電池。磷酸鐵鋰電池具有很高的安全性及良好的循環(huán)壽命，其高溫性能較好，但低溫充、放電性能較差。在低溫時,充電對電池壽命有極大的影響，在低溫情況下，其放電容量及放電功率也有所下降，因此，冬季低溫時，整車會出現續(xù)駛里程低及動力性能下降的現象。在電動汽車中，電池管理系統BMS是電池系統的核心部件，BMS通過電壓、電流及溫度檢測等功能實現對動力電池系統的過壓、欠壓、過流、過高溫和過低溫保護，包括繼電器控制、充放電管理、均衡控制、故障報警及處理、與其他控制器通信功能等功能。此外，BMS電池管理系統還具有高壓電路絕緣檢測功能，以及為動力電池系統

11、加熱的功能。動力電池模組放置在一個密封并且屏蔽的動力電池箱里面，動力電池系統使用可靠的高低壓接插件與整車進行連接。系統內的BMS實時采集各電芯的電壓值、各溫度傳感器的溫度值、電池系統的總電壓值和總電流值，電池系統的絕緣電阻值等數據，并根據BMS中設定的數值判定電池系統工作是否正常，并對故障實時監(jiān)控。動力電池系統也通過BMS也使之與充電機之間進行通訊，并對動力電池系統進行充放電等綜合管理。如果某個電池單體損壞，就會引起B(yǎng)MS報警。四、排除故障通過上述分析，以及汽車用戶對故障發(fā)生時的情況描述，該故障屬于二級故障，表明動力電池在此狀態(tài)下已經喪失功能，請求其他控制器停止放電，其他控制器應在一定的延時時

12、間內響應動力電池停止放電的請求，因此車輛無法行駛。首先應當使用診斷儀對電池組及電池單體進行檢測排查。再對E150EV故障汽車進行充電直至充滿（有一部分二級故障不影響對動力電池充電），然后用專用故障診斷儀讀取電池內部數據，可獲得最髙和最低單體電壓及其序列號，并測得動力電池組內有一個單體電池的最低電壓僅為0.433V，說明該單體電池已經損壞。更換該單體電池，重新充滿電，故障排除。下圖是及診斷儀器顯示的動力電池組各單體電池正常工作數據情況：五、故障再現使用動力電池實訓臺或電動汽車整車排故實訓系統，可以設置動力電池單體過壓、欠壓、過流、過高溫和過低溫故障，也可以設置繼電器控制、SOC顯示、充放電、故障報警以及與其他控制器通信等故障，實習指導教師可按照電動汽車故障診斷流程進行排故演示并指導學生完成實習實訓作業(yè)、填制診斷報告。由于動力動力電池系統屬于高壓部件（320V），在實習實訓過程中要嚴格按照操作規(guī)程，做好安全防護。具體技術咨詢請聯系天津市優(yōu)耐特汽車電控技術服務有限公司，：6（工作時間）。六、復習思考題（一）簡述題1、為什么鋰離子電池不能過充放電.2、電池管理系統（BMS）的作用有哪些.（二）單選題1、在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子處于從（ ）的運動狀態(tài)。A. 正極負極 B.負極正極 C.負極正極負極 D.正極負極正極2、動力電池組處于一級故障時，如果他控制器在指定時間內未作