電動(dòng)汽車動(dòng)力電池故障實(shí)例

什么是動(dòng)力電池系統(tǒng)？

電動(dòng)汽車中高壓系統(tǒng)的作用是保證整車系統(tǒng)的動(dòng)力和電能的傳輸，隨時(shí)檢測(cè)整個(gè)高壓系統(tǒng)的絕緣故障、開路故障、接地故障和高壓故障。保障整車設(shè)備和人員安全是首要任務(wù)，也是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)之一。電動(dòng)汽車的主要部件動(dòng)力電池系統(tǒng)是高壓部件，其設(shè)計(jì)直接影響整車的安全性和可靠性。在動(dòng)力電池系統(tǒng)中，故障可分為傳感器故障、執(zhí)行器故障和部件故障等。動(dòng)力電池系統(tǒng)的故障診斷和處理是非常必要的。

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池安裝位置動(dòng)力電池系統(tǒng)故障根據(jù)故障發(fā)生的位置可分為三類，即單體電池故障、電池管理系統(tǒng)故障、線路或連接器故障。

1.單電池故障

有三種電池故障:

第一種故障電池性能正常，不需要更換。相應(yīng)的故障包括單體電池的低SOC和單體電池的高SOC。如果單體電池的SOC較低，在汽車行駛過程中，電池的電壓會(huì)首先達(dá)到放電截止電壓，這將降低電池組的實(shí)際容量，單體電池應(yīng)該重新充電。如果單體電池的SOC偏高，電池在充電結(jié)束時(shí)會(huì)先達(dá)到充電截止電壓，會(huì)影響充電容量，所以單體電池需要單獨(dú)充放電。第二種故障電池性能嚴(yán)重下降，應(yīng)立即更換。相應(yīng)的故障包括單體電池容量不足和單體電池內(nèi)阻大。在電池組中，最小電池容量也限制了整個(gè)電池組的容量，因此電池容量不足的故障會(huì)影響車輛的行駛里程。如果鋰離子電池內(nèi)阻過大，會(huì)嚴(yán)重影響電池的電化學(xué)性能，如極化嚴(yán)重、活性物質(zhì)利用率低、循環(huán)性能差等。第三類故障電池影響行車安全，對(duì)應(yīng)的故障包括單體電池內(nèi)部短路；單體電池外部短路；單體電池極性顛倒，在強(qiáng)烈振動(dòng)下，鋰離子電池的活性物質(zhì)、接線柱、外連接線和焊點(diǎn)可能會(huì)斷裂或脫落，導(dǎo)致單體電池內(nèi)部短路或外部短路故障。通常單體電池前兩次失效可能有兩個(gè)原因:一是動(dòng)力電池分組時(shí)單體電池的均勻性，單體電池的SOC、容量、內(nèi)阻存在差異；第二，在組申請(qǐng)過程中，由于申請(qǐng)環(huán)境的不同，單個(gè)單元格的均勻度差異增大，加劇了單個(gè)單元格的不一致性。

2.電池管理系統(tǒng)故障

電池管理系統(tǒng)對(duì)保證電池組的安全和使用壽命，最大限度地提高電池系統(tǒng)的效率起著重要的作用。電池管理系統(tǒng)通常對(duì)單體電壓、總電壓、總電流和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采樣，并將實(shí)時(shí)參數(shù)反饋給車輛控制器。

電池管理系統(tǒng)除了監(jiān)控電池性能參數(shù)和實(shí)施電氣性能管理外，還具有基于熱管理的應(yīng)用環(huán)境管理，對(duì)電池進(jìn)行加熱和冷卻，保證電池良好的應(yīng)用環(huán)境溫度和溫度場(chǎng)一致性。

如果電池管理系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就會(huì)失去對(duì)電池的監(jiān)控，無法估計(jì)電池的SOC，容易導(dǎo)致電池過充、過放、過載、過熱、不一致性的增加，影響電池的性能、使用壽命和行車安全。電池管理系統(tǒng)故障包括CAN通信故障、總電壓測(cè)量故障、單體電池電壓測(cè)量故障、溫度測(cè)量故障、電流測(cè)量故障、繼電器故障、加熱器故障和冷卻系統(tǒng)故障等。

3.線路或連接器故障

或者線路連接器的故障診斷對(duì)于確保行車安全和車輛可靠性同樣重要。例如，由于車輛的振動(dòng)，電池之間的連接螺栓可能變得松動(dòng)，電池之間的接觸電阻增加，電池之間出現(xiàn)虛連接故障，導(dǎo)致電池組內(nèi)部能量損失增加，導(dǎo)致車輛動(dòng)力不足，行駛里程短。極端情況下還會(huì)引起高溫、電弧、電池電極和連接件熔化，甚至引發(fā)電池起火等極端電池安全事故。電動(dòng)汽車在運(yùn)行過程中，可能會(huì)出現(xiàn)單節(jié)電池之間的相對(duì)跳動(dòng)，導(dǎo)致兩節(jié)電池之間的連接件斷裂。電池盒和電動(dòng)車之間的電氣連接也是故障的高發(fā)部位。長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)后，電連接器容易出現(xiàn)誤連接、燒蝕和接觸不良。

動(dòng)力電池系統(tǒng)常見故障及處理方法▼

電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障主要分為電機(jī)故障和電機(jī)控制器故障。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)是轉(zhuǎn)換電能和機(jī)械能實(shí)現(xiàn)車輛驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵部件，是典型的機(jī)電混合動(dòng)力。電機(jī)故障涉及的因素很多，如電路系統(tǒng)、磁路系統(tǒng)、絕緣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和通風(fēng)散熱系統(tǒng)等。任何系統(tǒng)的故障或它們之間的不良協(xié)調(diào)將導(dǎo)致電機(jī)故障。因此，電機(jī)故障比其他設(shè)備故障更加復(fù)雜，電機(jī)故障診斷涉及的技術(shù)也更加廣泛。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)此外，電機(jī)的運(yùn)行也與其負(fù)載和環(huán)境因素有關(guān)。電機(jī)在不同的狀態(tài)下運(yùn)行，表現(xiàn)出不同的故障狀態(tài)，這進(jìn)一步增加了電機(jī)故障診斷的難度。

一般來說，電機(jī)故障可分為機(jī)械故障和電氣故障。

主要機(jī)械故障包括定子鐵芯損壞、轉(zhuǎn)子鐵芯損壞、軸承損壞和軸損壞。故障原因是振動(dòng)、潤(rùn)滑不足、轉(zhuǎn)速過高、靜載荷過大和過熱引起的磨損、壓痕、腐蝕、電蝕和開裂。

電氣故障主要是定子繞組故障和轉(zhuǎn)子繞組故障，故障原因包括接地、短路、開路、接觸不良和鼠籠條斷裂等。由于設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)和物理特性以及它們之間的電磁兼容性，電機(jī)控制器的故障也成為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障的主要原因。

電機(jī)的故障主要包括以下幾類:IGBT故障、輸入電源線和接地線故障、整流二極管短路、DC母線接地錯(cuò)誤、DC側(cè)電容短路、晶閘管短路、溫度超限報(bào)警、相電流過流、過壓欠壓等高壓電氣系統(tǒng)故障。

電機(jī)控制器是驅(qū)動(dòng)電機(jī)的“大腦”，接收來自整車VCU的控制信號(hào)，同時(shí)完成動(dòng)力電池輸出DC電壓到交流電壓的逆變過程和能量回收交流電壓到DC電壓的整流過程。

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