北汽动力电池系统及故障案例分析

2019-08-17张永新

中国新技术新产品 2019年12期

张永新

摘要：近些年，随着电动汽车行业的迅猛发展，动力电池在电动汽车上的应用成为必然，在它自身逐步完善的同时又加快推动了新能源汽车产业的升级换代。保证电动汽车系统电能传输的是它的动力电池高压系统，并在传输过程中不断检测高压动力电池系统的接地故障、断路故障、高压故障和绝缘故障等，它是保障电动汽车人员和设备安全的第一要务，也是电动汽车能大规模量产的核心技术之一。该文对北汽新能源品牌电动汽车的动力电池系统组成、原理及其故障现象与排除方法进行了探讨。

关键词：动力电池;组成原理;故障分析

中图分类号：U46 文献标志码：A

1 北汽电动汽车动力电池系统的结构组成

1.1 北汽动力电池系统的结构

北汽的动力电池系统主要由动力电池模组、电池管理系统、动力电池箱及辅助元器件等四部分组成，如图1所示。

1.2 北汽动力电池系统模组

北汽的动力电池系统模组主要由电池单体、电池模块、电池模组等3个部分组成。

1.3 北汽的动力电池管理系统

电池管理系统按性质可分为硬件和软件，按功能可分为数据采集单元和控制单元。BMS硬件：主板、从板及高压盒，还包括采集高压线、电流、温度等数据的电子器件。BMS软件：检测电池的电压、电流、SOC值、绝缘电阻值、温度值，通过与VCU、充电机的通信控制动力电池系统的充放电。

1.4 动力电池箱

支撑、固定、包围电池系统的组件，主要包括上盖和下托盘，还有辅助元器件，象过渡件、护板、螺栓等，动力电池箱有承载及保护动力电池组及电气元件的作用。

1.5 辅助元器件

主要包括动力电池系统内部的电子电器元件，象熔断器、继电器、分流器、接插件、烟雾传感器等，电子电器元件以外的辅助元器件、象密封条、绝缘材料等。

2 北汽的动力电池管理系统工作原理

2.1 北汽的动力电池管理系统的功能

北汽的动力电池管理系统的主要功能如下：其动力电池系统的过流、欠压、过压、SOC估算、低温和高温的保护，充放电管理、继电器控制、故障报警及處理、均衡控制与其他控制ECU通信等功能都是通过电流、电压及温度参数的检测等方法实现。

2.2 北汽动力电池管理系统的作用

电池管理系统的作用为电池保护和管理的核心部件，在动力电池系统中，它的作用就相当于人的大脑。它不但能保障动力电池系统安全可靠的工作，而且还要尽力发挥动力电池的潜力和延长工作年限，作为整车控制器VCU和动力电池系统以及驾驶者之间通信的桥梁，通过控制接触器控制动力电池组的充放电，并向VCU上报动力电池系统的基本参数及故障信息。

2.3 电池管理系统的绝缘监控

动力电池系统的绝缘值分为2个：正极与外壳的绝缘值、负极与外壳的绝缘值。正对地缘阻值及负对地绝缘阻值均大于等于20 Mohm为合格，小于20 Mohm为不合格，如图2所示。

2.4 电池管理系统的充电管理

2.4.1 使用慢充桩充电

在慢充充电时使用车载充电机进行充电，充电电流可达到10 A。当单体电芯的工作电压高于3.6 V时，应降低充电电流值为5 A，当单体电芯工作电压到达3.7 V时，应降低充电电流为0 A，并请求VCU停止充电。

2.4.2 使用快充桩充电

快速充电采用地面充电桩进行充电，此时不使用车载充电机，在不同环境温度下，采用恒流充电方式充至动力电池组总电压达到规定值，或者充至最高单体电压达到此环境温度下的规定电压值，再以恒压充电方式充至电流值不大于0.8 A后停止充电;在充电过程中，如果单体压差大于300 mV，则停止充电，报充电故障。

2.5 电池管理系统的能量回收管理

可接受最大回馈电压：动力电池可以承受由电机产生的最大365 V的感应电动势;可接受回馈电流SOC范围：动力电池可以接受回馈电流的SOC范围为0～90;制动能量回收的要求：动力电池可以接受表1中的脉冲回馈电流和持续时间。

3 北汽动力电池管理系统故障处理

保证电动汽车系统电能传输的是它的动力电池高压系统，并在传输过程中不断检测高压动力电池系统的接地故障、断路故障、高压故障和绝缘故障等，它是保障电动汽车人员和设备安全的第一要务，也是电动汽车能大规模量产的核心技术之一。

3.1 北汽动力电池管理系统的故障级别设置

1级故障：动力电池在此故障情况下功能已经全部失效，请求其他控制器ECU马上（1 s内）停止充电或放电。如果其他控制器ECU在规定的时间内没有做出响应，动力电池管理系统将于2 s后主动断开高压继电器停止充电或放电;2级故障：表明动力电池在此故障情况下功能全部失效，请求其他控制器ECU停止充电或者放电;其他控制器ECU应在一定的延时时间内响应动力电池系统停止充电或放电请求;3级故障：动力电池在此故障情况下性能将会下降，动力电池管理系统会降低最大允许充/放电电流。

3.2 北汽动力电池管理系统的常见故障诊断

要想最大限度地发挥北汽电动汽车动力电池系统的效能，那么就必须充分发挥软硬件的配合，保障动力电池组的安全和使用寿命。如果动力电池管理系统发生故障，它将会失去了对动力电池的监管，极易导致动力电池的过载、过热、过充、过放以及不一致性问题的增加，进而不能计算动力电池的SOC值，最终影响动力电池的使用寿命、性能和行车安全。由此可见动力电池管理系统一般会对动力电池组的总电压、总电流、单体电压和温度等传感器信号实时进行采样监控，并将采样的参数及时传送给整车控制器VCU。

3.2.1 故障现象：SOC异常

如无显示，数值明显不符合逻辑。解决办法：停车或者关闭车钥匙后重新启动;检查仪表显示报警有无点亮，并做好现象记录;联系专业售后人员进行复查，维修人员确认无误后正常使用。

3.2.2 故障现象：续航里程低于经验值

解决办法：联系维护人员，检查充放电过程，容量是否衰减，BMS控制是否正常。

3.2.3 故障现象：电池过热报警/保护

解决办法：10 s内减速，停车观察;检查报警是否消除，检查是否有其他故障，并做好记录;如果报警或保护消除，可以继续驾驶，否则，联系售后人员;运行中如果连续3次以上出现停车、减速故障消除时，联系售后人员。

3.2.4 故障现象：SOC过低报警/保护

解决办法：SOC低于30%报警出现时减速行驶，寻找最近的充电站进行充电;停车休息3 min～5 min后行驶，检查故障是否能自动消除;如果故障不能自行解除，且仍未驶达充电站的，联系售后人员解决。

3.2.5 故障现象：电压/电流明显异常

解决办法：关闭车钥匙，迅速下车并保存适当距离;联系专业技术人员处理。

3.2.6 故障现象：钥匙打ON/START后不工作

解决办法：检查并维护低压电源;如果打ON后能工作，检查仪表盘上故障显示，并记录;如果打START后仍不能工作，联系专业人员。