動力電池管理系統(tǒng)故障診斷分析

關(guān)鍵詞：動力電池；電池管理系統(tǒng)；故障診斷

0 前言隨著全球環(huán)保意識的逐步提高，新能源汽車市場需求持續(xù)增長。在新能源汽車中，純電動汽車因其零排放、低噪聲等優(yōu)勢，受到越來越多消費者的青睞。動力電池是純電動汽車的核心部件，而電池管理系統(tǒng)（BMS）作為動力電池系統(tǒng)的重要組成部分，負責對動力電池的狀態(tài)進行監(jiān)測、控制和管理，以確保滿足動力電池的性能要求和使用壽命。如果BMS 出現(xiàn)故障，會對車輛性能和行車安全造成危害。本文針對比亞迪公司某款BMS 常見故障進行故障診斷和分析，并提出了相應(yīng)的解決方案。

1 確定故障現(xiàn)象

1. 1 BMS故障描述

針對比亞迪公司某款BMS 常見故障進行故障診斷和分析，歸納出該款BMS 易出現(xiàn)的6 類主要故障：① 供電后整個系統(tǒng)不能正常工作；② BMS主控模塊不能與電子控制單元（ECU）進行通信；③ 絕緣檢測報警；④ 采集模塊數(shù)據(jù)為0（無數(shù)據(jù)）；⑤ 電池荷電狀態(tài)（SOC）異常；⑥ 電池溫度異常。針對上述故障，本文采用系統(tǒng)化的方法進行故障分析，找出故障根源，并提出解決方案。

1. 2 收集相關(guān)數(shù)據(jù)

收集和分析相關(guān)數(shù)據(jù)可提高BMS 故障診斷的準確性，這是非常關(guān)鍵的步驟。為準確診斷并分析該款BMS 常見故障，需要使用專用診斷工具來收集動力電池組的電壓、電流、溫度、SOC、電池健康狀態(tài)（SOH）、充電狀態(tài)等［1］參數(shù)的實時數(shù)據(jù)。通過對這些參數(shù)進行分析和比對，可以確定BMS 故障原因，進而提出具有針對性的解決方案。

1. 3 故障分類和優(yōu)先級排序

在收集BMS 出現(xiàn)的各種故障數(shù)據(jù)后，需要對其進行分類和優(yōu)先級排序，以便更好地進行故障診斷和處理。根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)，結(jié)合上述6 類BMS故障對車輛行車安全和使用性能的影響程度，對故障類型進行優(yōu)先級排序。其中：絕緣檢測報警及動力電池溫度異常的故障屬于高優(yōu)先級，需要立即進行診斷和處理；BMS 主控模塊不能與ECU 進行通信、采集模塊數(shù)據(jù)為0（無數(shù)據(jù)）這2 類故障屬于中優(yōu)先級，需要及時處理；供電后整個系統(tǒng)無法正常工作及SOC 異常故障為低優(yōu)先級。

2 動力電池組

2. 1 單體電池電壓和電流的平衡性

在動力電池組中，維持單體電池電壓和電流的平衡性非常重要。如果單體電池電壓和電流不平衡，將有可能導(dǎo)致動力電池組容量下降、使用壽命縮短，甚至?xí)|發(fā)動力電池系統(tǒng)過熱保護。因此，在檢查動力電池組時，應(yīng)檢查每個單體電池的電壓和電流，確保兩者的平衡性。具體操作步驟如下：① 使用萬用表測量每個單體電池的電壓，并比較單體電池電壓與標準值之間的差值；通常來說，單體電池的電壓差值應(yīng)不超過50 mV，否則需要進行電壓平衡處理。② 使用專業(yè)電池測試儀檢測每個單體電池的電流，并比較單體電池電流與標準值之間的差值；通常來說，單體電池的電流差值應(yīng)不超過20 mA，否則需要進行電流平衡校準。

2. 2 單體電池的內(nèi)阻和溫度

單體電池的內(nèi)阻和溫度也是評價動力電池組性能的重要指標。內(nèi)阻會影響動力電池電化學(xué)反應(yīng)能力的強弱，溫度則會影響動力電池的使用壽命和安全性。因此，在檢查動力電池組時，需要對每個單體電池的內(nèi)阻和溫度進行檢測。具體操作步驟如下：① 使用專業(yè)電池測試儀測量每個單體電池的內(nèi)阻，比較單體電池內(nèi)阻與標準值之間的差值；通常來說，單體電池內(nèi)阻差值應(yīng)不超過5 mΩ，否則需要進行校準。② 使用溫度計或紅外測溫儀，檢測每個單體電池的溫度，比較單體電池溫度與標準值之間的差值；通常來說，單體電池的溫度差值應(yīng)不超過5 K，否則需要進行校準［2］。

2. 3 充電性能和放電性能

動力電池的充放電性能是衡量動力電池組性能的重要指標之一。在檢查動力電池組時，需要測試動力電池的充放電性能，確保動力電池組能夠正常工作，并滿足使用需求。具體操作步驟如下：①使用專業(yè)的充電器，對動力電池組進行充電，記錄每個充電階段的電壓和電流；通過觀察動力電池組的充電過程，了解動力電池組的充電性能是否正常。② 在充電完成后，使用電池測試儀或萬用表，逐個對單體電池的電壓和電流進行測量，記錄并比較不同單體電池電壓、電流與標準值的差值；如果存在較大的差異，則需要對單體電池進行均衡充電或更換單體電池。③ 在充電完成后，測量單體電池的內(nèi)阻和溫度，記錄并比較不同單體電池內(nèi)阻與標準值的差值；如果存在較大的差異，則需要進一步檢查單體電池是否存在損壞現(xiàn)象。④ 進行放電測試，記錄動力電池組放電過程中的電壓和電流；觀察動力電池組放電性能是否正常，比較不同單體電池的放電差異；如果存在較大的差異，則需要進一步檢查單體電池是否存在損壞現(xiàn)象。⑤ 根據(jù)檢查結(jié)果，確定是否需要對動力電池進行維護或更換；如果存在單體電池不均衡、內(nèi)阻過大或放電性能不良等問題，則需要及時進行維護或更換，以保證動力電池組的安全性和穩(wěn)定性。

3 BMS 硬件

3. 1 傳感器和控制器

使用萬用表、示波器等專業(yè)測試儀對各個傳感器和控制器進行測試。同時，需要檢查傳感器與控制器之間的連接是否良好，并確保它們與BMS 主控制器連接良好。

3. 2 保險絲和繼電器

檢查保險絲和繼電器的安裝是否有松動或虛接；然后，使用萬用表等測試儀器對保險絲和繼電器進行測試，確保其工作狀態(tài)正常。

3. 3 電纜和接頭

檢查電纜和接頭的連接情況和外觀狀況，確保電纜和接頭沒有出現(xiàn)斷裂、老化或損壞等情況。同時，使用萬用表等測試儀器對電纜和接頭進行測試，確保其工作狀態(tài)正常。

4 BMS 軟件

4. 1 故障代碼和日志信息

在診斷過程中，需采用專業(yè)的診斷工具讀取BMS 中的故障代碼和日志信息。根據(jù)故障代碼和日志信息，診斷分析故障原因，并進行相應(yīng)的故障排除。

4. 2 參數(shù)校準和參數(shù)設(shè)置

系統(tǒng)排查BMS 的參數(shù)校準和參數(shù)設(shè)置，如果參數(shù)設(shè)置不正確，需要對BMS 參數(shù)進行重新設(shè)置和校準。

4. 3 軟件升級和配置更新

檢查BMS 軟件版本和配置，適當進行軟件升級和配置更新，以確保BMS 正常運行。

5 故障原因分析

5. 1 供電后整個系統(tǒng)不能正常工作

供電后整個系統(tǒng)無法正常工作的主要原因可分為：供電電壓異常、雙路電電壓異常、線束短路或斷路、控制器局域網(wǎng)（CAN）總線異常等。針對不同的故障原因，需要進行相應(yīng)的故障分析。具體操作步驟為：① 檢查外部電源的供電電壓是否正常，是否能達到BMS 要求的最低工作電壓，同時查看外部電源是否因限流設(shè)置而導(dǎo)致BMS 的供電功率不足。② 檢查BMS 的線束是否存在短路或斷路現(xiàn)象。如果外部供電和線束都正常，則需要查看BMS 中CAN 總線是否連接正常；如果CAN 總線出現(xiàn)連接故障，則需要對其進行修復(fù)或更換。

5. 2 BMS 不能與ECU 通信

BMS 不能與ECU 進行通信的主要原因可能是基板管理控制器（BMC）未工作、CAN 信號線斷線等。針對不同的可能原因，需要進行相應(yīng)的故障分析。具體操作步驟為：① 檢查BMC 的12 V 電源電壓是否正常，并檢測BMC 搭鐵是否正常；② 檢查CAN 信號傳輸線是否出現(xiàn)損壞現(xiàn)象、插頭是否連接牢固；③ 檢查BMC 到網(wǎng)關(guān)的線束是否正常。

5. 3 絕緣檢測報警

絕緣檢測報警的故障原因主要是動力電池漏電或負載漏電、絕緣模塊檢測線安裝不牢固等。針對不同的故障原因，需要進行相應(yīng)的故障分析。具體操作步驟為：① 使用上位機軟件或診斷儀查看絕緣檢測數(shù)據(jù)，查看電池母線電壓數(shù)據(jù)，檢測負母線對地電壓是否正常；② 使用兆歐表，分別對母線和負載端的絕緣電阻進行測量，確認是否存在漏電情況。如果存在漏電，需要檢查電池包及電池連接器等部件是否存在損壞或松動。同時，應(yīng)檢查絕緣模塊檢測線是否安裝牢固，是否存在接觸不良等問題。

5. 4 采集模塊數(shù)據(jù)為0（無數(shù)據(jù)）

對于采集模塊數(shù)據(jù)為0 的故障，應(yīng)檢查采集模塊的采集線路是否出現(xiàn)斷路或短路現(xiàn)象，以及檢查采集模塊本身是否出現(xiàn)損壞現(xiàn)象。在檢查過程中，可以重新拔插模塊接線，使用萬用表測量采集線插接件處的單體電池電壓。此外，還應(yīng)檢查溫度傳感器線插頭處阻值是否正常，以及檢查采集器的供電電壓是否正常。同時，需要檢查采集器之間的子網(wǎng)CAN 總線是否正常。

5. 5 SOC 故障

對于SOC 故障，應(yīng)檢查電流的校準狀態(tài)、電流傳感器與主機程序的匹配性、因數(shù)據(jù)采集模塊采集跳變導(dǎo)致的SOC 自動校準。采用在觸摸屏配置頁面里校準電流、更換電流傳感器，進行電池的深度充放電，更換數(shù)據(jù)采集模塊等方法進行故障排除。

5. 6 電池溫度異常

對于電池溫度異常故障，則應(yīng)檢查溫度傳感器元件及其線路、散熱風(fēng)扇連接電路、散熱風(fēng)扇本體。在檢測過程中，可通過檢測風(fēng)扇電路的連接情況，給風(fēng)扇單獨供電以檢查風(fēng)扇是否正常運轉(zhuǎn)，采用溫度傳感器檢測傳感器線路及其元件的溫度等方法進行故障的排除。

5. 7 BMS 故障排除后的系統(tǒng)測試

在完成BMS 故障排除后，應(yīng)對BMS 進行測試，確保BMS 故障已排除。具體的測試步驟如下：① 重新啟動BMS 并檢查所有故障指示燈是否已熄滅。② 對電池進行充電，并使用電池診斷儀監(jiān)測充電狀態(tài)；如果充電狀態(tài)顯示正常，則可以繼續(xù)進行下一步測試。③ 對電池進行放電，并使用電池診斷儀監(jiān)測放電狀態(tài)；如果放電狀態(tài)顯示正常，則可以繼續(xù)進行下一步測試。④ 對電池進行負載測試，使用電池診斷儀監(jiān)測電壓和電流；如果電壓和電流都在正常范圍內(nèi)，則可以確認BMS 故障已經(jīng)排除。⑤ 對整車進行啟動、加速、制動等運行狀況的測試，以確認BMS 故障已排除。

需要注意的是，在對BMS 進行測試的過程中應(yīng)嚴格遵守安全操作規(guī)程，如佩戴絕緣手套、安全眼鏡等［3］。

6 結(jié)語

本文以比亞迪公司某款BMS 常見故障為例，介紹了新能源汽車動力電池BMS 的故障診斷方法，并提出了相應(yīng)的解決方案。該款BMS 常見故障類型包括：供電后整個系統(tǒng)不能正常工作；BMS不能與ECU 通信；絕緣檢測報警；采集模塊數(shù)據(jù)為0（無數(shù)據(jù)）；SOC 故障；電池溫度異常。本研究對各類動力電池BMS 故障診斷分析具有參考意義。