新能源汽車動力電池故障診斷與維修創新研究

摘要：為解決新能源汽車動力電池故障診斷與維修方面的問題，以當前新能源汽車使用最廣泛的鋰離子電池為例，對其故障診斷與維修創新進行了探討。提出了采用多種手段進行故障診斷，包括故障信息讀取、電池參數測試、電池拆解檢查等方式，同時針對不同故障類型提出了相應的維修新建議，如單體電壓不平衡、電池容量衰減、電池包內部絕緣等。研究成果可為新能源汽車動力電池故障診斷與維修提供參考。

關鍵詞：新能源汽車動力；電池故障；診斷維修

中圖分類號：U469.7 收稿日期：2024-06-11

DOI：1019999/jcnki1004-0226202408024

1 新能源汽車動力電池基本構成和工作原理

新能源汽車動力電池是整車的能量源，為整車提供電能，其基本構成由電池單體、電池模組和電池管理系統組成。電池單體是指電池的基本組成單元，一般由正負極電極、隔膜、電解液和外殼等組成[1]。電池模組則是由多個電池單體組成的電池組件，通常為了增加電池的電壓和容量，多個電池單體會串聯或并聯在一起。電池管理系統則是對電池進行監測、控制和保護的系統，包括電池狀態估計、電池均衡、溫度控制等功能。

新能源汽車動力電池的工作原理是基于化學反應實現能量的轉化。當電池充電時，正極電極與負極電極之間會發生氧化還原反應，將電能轉化為化學能儲存[2]。當需要動力時，電池會釋放儲存的化學能，通過導線將電能傳輸到電動機，電動機則將電能轉化為機械能驅動車輛[3]。

2 新能源汽車動力電池常見故障類型及原因

如圖1所示，新能源汽車動力電池的常見故障類型包括電池容量衰減、電池內部短路、電池單體故障、電池過充或過放等。

21 電池容量衰減

電池容量衰減是新能源汽車動力電池常見故障類型之一。隨著使用時間的增長，電池的容量會逐漸降低，導致續航里程縮短，車輛性能下降。其原因主要有以下幾個方面：a.循環使用次數增多。電池在充放電過程中會產生化學反應，隨著循環使用次數的增加，電池內部材料會逐漸老化，導致容量逐漸減少。b.高溫環境。電池在高溫環境下使用會加速內部化學反應，促進材料老化，導致容量下降。c.充電不當。電池過度充電或過度放電會導致電池內部材料的損傷，導致容量下降。

22 電池包內部絕緣

絕緣故障是動力電池常見的一種故障類型。這種故障是在電池使用過程中，由于電電芯外殼出現氧化等原因出現漏液、電池包密封不良進水、內部冷卻液泄露等原因，導致動力電池正負極與殼體間出現絕緣，進而引起動力電池起火、爆炸等嚴重的事故。

23 電池單體故障

電池單體故障是指動力電池組中某個單體電池失效的情況。該故障通常是由電池單體內部出現問題導致的，具體包括以下幾種原因：

a.電池單體內部短路：電池單體內部可能會因為電解液泄漏、金屬碎片或異物進入等原因導致短路，從而導致電池單體存在自放電，電壓異常升高或降低。

b.電池單體內部過充：電池單體內部可能因為充電電路故障、BMS控制失效等原因導致過充，從而導致電池單體電壓異常升高，嚴重時可能引起電池單體內部燃燒爆炸。

c.電池單體內部失效：電池單體內部可能因為制造工藝不良、電池老化、材料損傷等原因導致失效，從而導致電池單體電壓異常降低或無法輸出電能。

24 電池過充或過放

電池過充或過放是指電池在充電或放電過程中，電壓超過了安全范圍，從而導致電池損壞的情況。過充或過放通常是由于電池管理系統故障、充電設備故障等原因導致的。這種故障會導致電池容量下降，甚至損壞電池內部結構，引發電池爆炸等嚴重后果。

新能源汽車動力電池的故障類型較多，大體可以歸納為容量衰減、電池內部短路、電池單體故障和電池過充或過放等幾類。要保障電池組的安全、穩定運行，需要對電池進行定期檢測和維護，以及合理使用和管理。

3 新能源汽車動力電池故障診斷方法和技巧

31 故障現象

新能源汽車動力電池故障通常表現為車輛續航里程縮短、車輛限功率、充電時間延長等現象。同時，還會出現電池溫度異常、電池電壓低、充電異常等故障現象。

32 故障診斷

如圖2所示，新能源汽車動力電池故障診斷流程主要包括故障信息讀取、電池參數測試、電池拆解檢查等。

321 故障信息讀取

故障信息讀取是新能源汽車動力電池故障診斷的重要步驟，它可以通過讀取動力電池控制器的故障碼來確定電池故障的具體位置和性質。使用診斷儀器連接動力電池控制器，進入診斷系統，選擇“故障信息讀取”功能。系統會自動掃描控制器中存儲的故障信息，并將其顯示在屏幕上。故障信息包括故障碼、故障描述、故障級別等內容。故障碼是診斷系統根據電池控制器反饋的信號進行編碼，每個故障碼對應著一種故障類型。例如，P0A80表示動力電池故障，P0A7F表示輸出電路故障等。在讀取故障信息時，需要注意故障描述的詳細程度，有些故障描述比較簡略，需要進一步查閱診斷手冊或者咨詢專業技術人員進行解釋和分析。此外，故障級別也是判斷故障嚴重程度的重要指標。

322 電池參數測試

電池參數測試是電池故障診斷中非常重要的一項技術。在進行電池參數測試時，需要使用專業的測試儀器，如電池容量測試儀、電池內阻測試儀等。

323 電池拆解檢查

電池拆解檢查的目的是通過對電池內部部件的檢查和測量，確定電池的故障原因，從而進行修復或更換。在進行電池拆解檢查前，需要先進行安全防護措施。由于動力電池內部存儲的電量較大，因此需要先將電池放電至安全電壓以下，并戴上絕緣手套和護目鏡。

一般的檢查方法為：a.需要將電池包上蓋拆開，暴露出電池單體。b.使用萬用表等工具對每個單體進行電壓測試，以確定是否存在單體電壓不平衡或短路等問題。c.對電池單體進行外觀檢查，觀察是否存在變形、裂紋、漏液等現象。如果發現問題，需要進行進一步檢查或更換電池單體。

此外，還需要對電池管理系統進行檢查，包括電池溫容量、電壓等參數的測量，以及對電池控制器和信號線路的檢查。在進行電池拆解檢查時，需要注意保持電池單體的清潔，并防止單體受到損壞或短路等問題。同時，需要記錄每個單體的測試結果和外觀情況。電池拆解檢查是新能源汽車動力電池故障診斷的重要方法之一，需要進行安全防護，注意保持芯片的清潔和完好，并記錄每個單體的測試結果和外觀情況。

4 新能源汽車動力電池維修流程和注意事項

41 故障檢測

a.確認故障現象：在接收車主反映的問題后，首先需要確認故障現象，如電池容量不足、充電速度慢、充電效率低等。

b.查看數據記錄：電池會記錄車輛歷史數據，包括充電電流、電壓、溫度等。通過查看數據記錄，可以了解電池的歷史使用情況，幫助確定故障原因。

c.測量電池參數：使用專業設備測量電池的參數，如電壓、內阻、容量等。通過這些參數的測量，可以判斷電池是否損壞或老化。

d.檢查電池外觀：檢查電池外觀是否有異常，如變形、破損、滲漏等。如果有異常，則需要更換電池。

e.分析故障原因：通過以上步驟的分析，結合電池的使用情況和周圍環境，確定電池故障原因，如電池老化、過度充電、高溫等。

42 拆卸電池

在進行拆卸電池之前，需要先關閉車輛電源，并保持電池的安全性，防止電池短路或者其他意外情況的發生。拆卸電池要注意的事項：a.需要拆下車輛的底盤保護板，以便能夠更好地接近電池。b.需要使用專業工具，拆下電池的連接器，包括正負極電纜、控制電纜和溫度傳感器等。在拆卸連接器時，需要注意不要用力過猛，以免損壞電纜或者連接器。c.需要拆卸電池模組，一般模組由多個模塊組成。需要先拆下固定電池模塊的螺絲，然后逐個拆下模塊。在拆卸電池模塊的過程中，需要注意不要損壞電池模塊的密封膠墊，以免引起電池泄漏。d.需要拆卸電池單體，一般電池單體是由多個電芯組成。需要先拆下電池單體的保護板，然后取出電芯。在取出電芯的過程中，需要注意不要損壞電芯的表面，以免引起電芯短路或者其他故障。拆卸電池是維修新能源汽車動力電池的重要步驟，需要仔細操作，確保電池的安全性和維修效果。

43 電池分解

在進行電池分解前，必須先將電池從車輛中取出，并將其安放在一個專門的維修工作臺上。電池分解時要注意的事項：a.需要對電池進行普查和檢查，以了解其整體狀況。檢查過程中，需要注意電池的外觀是否有損壞、電池蓋上的密封膠是否完整、電池終端是否清潔、電池連接器是否松動等問題。b.需要進行電池分解。需要拆卸電池蓋板和內部的電池單體。在拆卸過程中，需要注意電池單體的安全，避免損壞電池單體或者導致電池短路等問題。在電池單體被拆卸后，還需要對電池單體進行標記，以便在后續維修工作中能夠快速找到需要維修的單體。電池分解過程中，需要特別注意安全問題。由于電池內部的高壓電量，操作人員必須佩戴絕緣手套和絕緣鞋，以減少維修人員的觸電風險。c.需要注意電池中的有害物質，如電解液等，不能隨意潑灑或排放。通過電池分解，可以更加深入地了解電池內部的情況，并對電池單體進行更加精細的維修。電池分解是維修新能源汽車動力電池的關鍵步驟之一，必須認真對待，確保操作人員的安全以及電池維修的質量。

5 新能源汽車動力電池安全使用和日常維護

新能源汽車動力電池的安全使用主要包括：a.避免高溫環境。動力電池對環境溫度的要求比較高，因此要盡量避免在高溫環境下使用新能源汽車。在停車時，也要將車輛停放在陰涼處。b.避免撞擊和振動。動力電池對撞擊和振動的敏感度較高，因此在行駛過程中要盡量避免撞擊和劇烈顛簸。在停車時，也要選擇平穩的停車場地。c.不要過度放電和充電。動力電池的充電和放電應該在一定的范圍內進行。過度放電或充電都會對電池造成損害，嚴重時可能會導致電池失效。

新能源汽車動力電池的日常維護主要包括：a.定期檢查電池狀態。定期檢查電池的狀態，包括電池容量、電池電壓等，及時發現問題并進行維護。b.維護電池平衡。在使用過程中，由于電池單體之間的差異，可能會導致電池負載不均衡。因此，需要定期進行電池平衡維護。c.注意充電方式。在充電時，選擇正確的充電方式，避免過度充電或快速充電，以免對電池造成損害。

6 結語

新能源汽車動力電池故障診斷與維修技術是一項非常重要的技術，它為新能源汽車的發展提供了強有力的支持。隨著新能源汽車的普及，需要更多的專業人員來進行故障診斷和維修，因此這項技術的研究和應用具有重要的現實意義。通過對新能源汽車動力電池故障診斷與維修技術進行深入的研究，可以為新能源汽車的發展提供更為可靠的保障。

參考文獻：

[1]田瑞峰，朱會超，鄭曉龍新能源汽車動力電池故障診斷技術研究[J]電力系統保護與控制，2017，45（15）：80-85

[2]王浩，李衛東，趙宏偉，等基于機器學習的新能源汽車電池故障診斷方法研究[J]電力系統自動化，2019，43（14）：99-106

[3]王國棟，楊靜，劉志強，等基于多特征融合的新能源汽車電池故障診斷方法研究[J]系統仿真學報，2020，32（8）：1739-1746

作者簡介：

黃漢，男，1997年生，助理工程師，研究方向為電動汽車動力電池故障檢測與維修技術。