修玲玲

(遼寧省交通高等?？茖W(xué)校 汽車工程系，遼寧 沈陽110122)

隨著全球石油短缺、環(huán)境污染等問題日趨加劇，新能源電動(dòng)汽車的保有量越來越大.我國新能源汽車的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力、技術(shù)水平也在不斷提升，政策環(huán)境、產(chǎn)業(yè)布局逐步優(yōu)化，開放性和良性發(fā)展的產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐步形成，電動(dòng)汽車的市場占有量會(huì)越來越大，而電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的性能對(duì)車輛的續(xù)航里程、行駛動(dòng)力性能起著決定性的作用。[1]無論是汽車類專業(yè)的學(xué)生還是電動(dòng)汽車車主，都應(yīng)該對(duì)電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)有一定的了解。

1 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的特點(diǎn)

電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池不同于普通內(nèi)燃機(jī)的低壓蓄電池，電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池是高壓蓄電池，電壓一般為100-400V，輸出電流能達(dá)到300A，是電動(dòng)汽車的心臟，用于向電動(dòng)汽車的動(dòng)力電子單元直接供電。動(dòng)力電池的容量，直接決定著電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，同時(shí)也直接影響本身的充電時(shí)間和充電效率。動(dòng)力電池系統(tǒng)屬于電動(dòng)汽車的高壓部件，圖1 為電動(dòng)汽車整車高壓電路原理圖。

圖1 電動(dòng)汽車高壓電路原理圖

2 常用的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的類型

目前常用的汽車動(dòng)力電池有鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池。

鎳氫是目前電動(dòng)汽領(lǐng)域商用化的主流，很多混合動(dòng)力汽車都用此類電池，比如豐田普銳斯。但鎳氫電池依然存在一些不足，使其應(yīng)用受到限制，比如電池的高溫性能、儲(chǔ)存性能、循環(huán)壽命、熱管理等，都有待進(jìn)一步提高。鎳鎘電池，是一種堿性電池，它的優(yōu)點(diǎn)是可以快速充電，循環(huán)使用壽命較長，可達(dá)到2000 多次。但由于有重金屬鎘，在使用時(shí)必須注重回收工作，以免對(duì)環(huán)境造成污染。鋰離子電池，內(nèi)部結(jié)構(gòu)使用的鋰化合物。鋰離子電池體積小、能量高、質(zhì)量輕，無污染。電動(dòng)汽車上用的鋰離子電池有錳酸鋰電池，以日常的聆風(fēng)車型為例；三元鋰電池，最典型的應(yīng)用是特斯拉的Model S；磷酸鐵鋰電池，比亞迪生產(chǎn)的，比亞迪的電動(dòng)汽車主要用這種電池。目前，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池在國內(nèi)外電動(dòng)車上應(yīng)用的最多。

3 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)

電動(dòng)汽車上的動(dòng)力電池一般稱為電池包，是由很多塊動(dòng)力電池經(jīng)串聯(lián)和并聯(lián)，組成多個(gè)動(dòng)力電池組，然后再組裝在一起形成電池包。純電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池容量較大，一般安裝在車輛的下部。為了保證電動(dòng)汽車的安全、保證電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)能夠正常使用，動(dòng)力電池的工作需要有動(dòng)力電池管理系統(tǒng)，簡稱BMS，其功能如圖2 所示。

圖2 電池管理系統(tǒng)BMS 功能

BMS 具有各種警告和保護(hù)的功能，能夠?qū)﹄姵匕母鱾€(gè)電池組甚至單體電池進(jìn)行電流、電壓、容量等的數(shù)據(jù)采集；能夠?qū)﹄姵氐臓顟B(tài)（SOC）進(jìn)行估計(jì)；能夠?qū)Τ潆娺^程和放電過程進(jìn)行監(jiān)控和管理；能夠進(jìn)行安全管理，防止電池過度充電或放電而導(dǎo)致熱失控；能夠?qū)﹄姵叵到y(tǒng)進(jìn)行熱管理，保證各個(gè)單體電池溫度均衡。BMS 還必須通過CAN 總線等網(wǎng)絡(luò)與車載設(shè)備和非車載設(shè)備進(jìn)行信息通信和數(shù)據(jù)交換。BMS 具有飛機(jī)上的“黑匣子”的功能，可以對(duì)動(dòng)力電池的歷史故障進(jìn)行存儲(chǔ)，有利于對(duì)故障的分析。BMS 參與整車的檢測(cè)工作，檢測(cè)每一個(gè)單體電池的工作狀態(tài)，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)告訴充電機(jī)，以保證充電的時(shí)候不過充、保證電池的性能。BMS 有一個(gè)很重要的功能，就是對(duì)動(dòng)力電池的均衡功能，如果某個(gè)單體電池的性能與其他單體電池有很大偏差，均衡功能起動(dòng)，對(duì)電池性能進(jìn)行均衡，保證系統(tǒng)的正常工作。BMS 還能夠與車輛檢測(cè)儀器進(jìn)行通信，以診斷故障，方便對(duì)車輛進(jìn)行維修。

4 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的維修開關(guān)

電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池系統(tǒng)是高壓電系統(tǒng)，觸電是人民最擔(dān)心的問題。為了保證電動(dòng)汽車維修人員的安全，動(dòng)力電池組安裝有高壓維修開關(guān)，當(dāng)需要對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)進(jìn)行開箱維修時(shí)，必須先拔下維修開關(guān)才能打開箱蓋。

5 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)常見故障

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)故障分為三大類，一類是動(dòng)力電池本身的故障，一類是動(dòng)力電池管理系統(tǒng)BMS 的故障，還有一類是線路及連接件的故障。

5.1 動(dòng)力電池本身故障

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池本身的故障一方面是動(dòng)力電池出廠時(shí)就存在的問題，比如動(dòng)力電池各單體電池之間的不一致性問題，這有可能是電池生產(chǎn)技術(shù)的問題，也有可能是檢測(cè)技術(shù)的不到位。[2]另一方面是動(dòng)力電池在使用過程中出現(xiàn)的故障，比如使用時(shí)導(dǎo)致的不一致性，還有使用過程中電池容量快速下降等。

5.2 動(dòng)力電池管理系統(tǒng)BMS 故障

動(dòng)力電池管理系統(tǒng)BMS 的故障主要有CAN-BUS 的故障、電壓故障、溫度采集故障、絕緣故障、充電故障等。CAN-BUS 出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力電池管理系統(tǒng)BMS 無法與車載設(shè)備和控制單元等進(jìn)行信息通信，CAN-BUS 故障可能是CAN-BUS 的CAN-H 或CAN-L 線出現(xiàn)斷路，亦或是對(duì)電源或搭鐵短路，或者是控制單元的CAN 控制器、收發(fā)器故障等。電壓故障常見的是BMS 無法對(duì)動(dòng)力電池的電壓進(jìn)行采集，這類故障除了是電池本身損壞，很有可能是電壓采集電路出現(xiàn)故障、比如電壓采集電路的電源故障、采集端子故障或者采集線路保險(xiǎn)故障等。溫度采集一旦出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致BMS 無法準(zhǔn)確采集到電池組或單體電池的溫度，電池的冷卻系統(tǒng)就會(huì)失去工作的依據(jù)，很容易導(dǎo)致動(dòng)力電池系統(tǒng)過熱。這類故障比較常見的原因是溫度傳感器損壞或溫度傳感器的連接線斷路，從而無法檢測(cè)動(dòng)力電池溫度。也有可能是BMS 的溫度采集電路出現(xiàn)故障，這就需要對(duì)模塊進(jìn)行維修或者更換。絕緣故障是指高壓線路與車體、電壓采集線與電池箱體等本應(yīng)該絕緣的地方出現(xiàn)短路，從而導(dǎo)致漏電的發(fā)生。絕緣故障是非常危險(xiǎn)的，要經(jīng)常對(duì)線路插接器等進(jìn)行檢查、對(duì)動(dòng)力電池箱體進(jìn)行清理和干燥處理等。充電故障，比如BMS 的預(yù)充電發(fā)生故障，導(dǎo)致這類故障的原因可能是預(yù)充繼電器出現(xiàn)故障或者預(yù)充電電路出現(xiàn)故障等。

5.3 動(dòng)力電池線路及連接件的故障

動(dòng)力電池是由很多電池串聯(lián)和并聯(lián)連接而成，如果在行駛過程中連接螺栓松動(dòng)，電池間的電阻就會(huì)增大，電池內(nèi)部損耗就會(huì)增加，從而影響動(dòng)力電池的續(xù)航里程。比較極端的情況，有可能引起高溫、產(chǎn)生電弧，甚至造成蓄電池著火等安全事件。另外，動(dòng)力電池箱體與電動(dòng)汽車的線路插接器在長時(shí)間使用后容易虛接、燒蝕、接觸不良，這些故障都要盡早發(fā)現(xiàn)、盡早處理。

6 結(jié)論

電動(dòng)汽車已經(jīng)成為汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，汽車類學(xué)生和汽車維修人員應(yīng)該對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的類型、電池管理系統(tǒng)和常見故障等進(jìn)行學(xué)習(xí)和了解。