摘要：為解決新能源汽車動(dòng)力電池故障診斷與維修方面的問(wèn)題，以當(dāng)前新能源汽車使用最廣泛的鋰離子電池為例，對(duì)其故障診斷與維修創(chuàng)新進(jìn)行了探討。提出了采用多種手段進(jìn)行故障診斷，包括故障信息讀取、電池參數(shù)測(cè)試、電池拆解檢查等方式，同時(shí)針對(duì)不同故障類型提出了相應(yīng)的維修新建議，如單體電壓不平衡、電池容量衰減、電池包內(nèi)部絕緣等。研究成果可為新能源汽車動(dòng)力電池故障診斷與維修提供參考。

關(guān)鍵詞：新能源汽車動(dòng)力；電池故障；診斷維修

中圖分類號(hào)：U469.7 收稿日期：2024-06-11

DOI：1019999/jcnki1004-0226202408024

1 新能源汽車動(dòng)力電池基本構(gòu)成和工作原理

新能源汽車動(dòng)力電池是整車的能量源，為整車提供電能，其基本構(gòu)成由電池單體、電池模組和電池管理系統(tǒng)組成。電池單體是指電池的基本組成單元，一般由正負(fù)極電極、隔膜、電解液和外殼等組成[1]。電池模組則是由多個(gè)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(gè)電池單體會(huì)串聯(lián)或并聯(lián)在一起。電池管理系統(tǒng)則是對(duì)電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和保護(hù)的系統(tǒng)，包括電池狀態(tài)估計(jì)、電池均衡、溫度控制等功能。

新能源汽車動(dòng)力電池的工作原理是基于化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化。當(dāng)電池充電時(shí)，正極電極與負(fù)極電極之間會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存[2]。當(dāng)需要?jiǎng)恿r(shí)，電池會(huì)釋放儲(chǔ)存的化學(xué)能，通過(guò)導(dǎo)線將電能傳輸?shù)诫妱?dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)則將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)車輛[3]。

2 新能源汽車動(dòng)力電池常見(jiàn)故障類型及原因

如圖1所示，新能源汽車動(dòng)力電池的常見(jiàn)故障類型包括電池容量衰減、電池內(nèi)部短路、電池單體故障、電池過(guò)充或過(guò)放等。

21 電池容量衰減

電池容量衰減是新能源汽車動(dòng)力電池常見(jiàn)故障類型之一。隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，電池的容量會(huì)逐漸降低，導(dǎo)致續(xù)航里程縮短，車輛性能下降。其原因主要有以下幾個(gè)方面：a.循環(huán)使用次數(shù)增多。電池在充放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，隨著循環(huán)使用次數(shù)的增加，電池內(nèi)部材料會(huì)逐漸老化，導(dǎo)致容量逐漸減少。b.高溫環(huán)境。電池在高溫環(huán)境下使用會(huì)加速內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)材料老化，導(dǎo)致容量下降。c.充電不當(dāng)。電池過(guò)度充電或過(guò)度放電會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部材料的損傷，導(dǎo)致容量下降。

22 電池包內(nèi)部絕緣

絕緣故障是動(dòng)力電池常見(jiàn)的一種故障類型。這種故障是在電池使用過(guò)程中，由于電電芯外殼出現(xiàn)氧化等原因出現(xiàn)漏液、電池包密封不良進(jìn)水、內(nèi)部冷卻液泄露等原因，導(dǎo)致動(dòng)力電池正負(fù)極與殼體間出現(xiàn)絕緣，進(jìn)而引起動(dòng)力電池起火、爆炸等嚴(yán)重的事故。

23 電池單體故障

電池單體故障是指動(dòng)力電池組中某個(gè)單體電池失效的情況。該故障通常是由電池單體內(nèi)部出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致的，具體包括以下幾種原因：

a.電池單體內(nèi)部短路：電池單體內(nèi)部可能會(huì)因?yàn)殡娊庖盒孤?、金屬碎片或異物進(jìn)入等原因?qū)е露搪罚瑥亩鴮?dǎo)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(nèi)部過(guò)充：電池單體內(nèi)部可能因?yàn)槌潆婋娐饭收稀MS控制失效等原因?qū)е逻^(guò)充，從而導(dǎo)致電池單體電壓異常升高，嚴(yán)重時(shí)可能引起電池單體內(nèi)部燃燒爆炸。

c.電池單體內(nèi)部失效：電池單體內(nèi)部可能因?yàn)橹圃旃に嚥涣?、電池老化、材料損傷等原因?qū)е率?，從而?dǎo)致電池單體電壓異常降低或無(wú)法輸出電能。

24 電池過(guò)充或過(guò)放

電池過(guò)充或過(guò)放是指電池在充電或放電過(guò)程中，電壓超過(guò)了安全范圍，從而導(dǎo)致電池?fù)p壞的情況。過(guò)充或過(guò)放通常是由于電池管理系統(tǒng)故障、充電設(shè)備故障等原因?qū)е碌?。這種故障會(huì)導(dǎo)致電池容量下降，甚至損壞電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)，引發(fā)電池爆炸等嚴(yán)重后果。

新能源汽車動(dòng)力電池的故障類型較多，大體可以歸納為容量衰減、電池內(nèi)部短路、電池單體故障和電池過(guò)充或過(guò)放等幾類。要保障電池組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)電池進(jìn)行定期檢測(cè)和維護(hù)，以及合理使用和管理。

3 新能源汽車動(dòng)力電池故障診斷方法和技巧

31 故障現(xiàn)象

新能源汽車動(dòng)力電池故障通常表現(xiàn)為車輛續(xù)航里程縮短、車輛限功率、充電時(shí)間延長(zhǎng)等現(xiàn)象。同時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)電池溫度異常、電池電壓低、充電異常等故障現(xiàn)象。

32 故障診斷

如圖2所示，新能源汽車動(dòng)力電池故障診斷流程主要包括故障信息讀取、電池參數(shù)測(cè)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(dòng)力電池故障診斷的重要步驟，它可以通過(guò)讀取動(dòng)力電池控制器的故障碼來(lái)確定電池故障的具體位置和性質(zhì)。使用診斷儀器連接動(dòng)力電池控制器，進(jìn)入診斷系統(tǒng)，選擇“故障信息讀取”功能。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)掃描控制器中存儲(chǔ)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(jí)別等內(nèi)容。故障碼是診斷系統(tǒng)根據(jù)電池控制器反饋的信號(hào)進(jìn)行編碼，每個(gè)故障碼對(duì)應(yīng)著一種故障類型。例如，P0A80表示動(dòng)力電池故障，P0A7F表示輸出電路故障等。在讀取故障信息時(shí)，需要注意故障描述的詳細(xì)程度，有些故障描述比較簡(jiǎn)略，需要進(jìn)一步查閱診斷手冊(cè)或者咨詢專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行解釋和分析。此外，故障級(jí)別也是判斷故障嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)。

322 電池參數(shù)測(cè)試

電池參數(shù)測(cè)試是電池故障診斷中非常重要的一項(xiàng)技術(shù)。在進(jìn)行電池參數(shù)測(cè)試時(shí)，需要使用專業(yè)的測(cè)試儀器，如電池容量測(cè)試儀、電池內(nèi)阻測(cè)試儀等。

323 電池拆解檢查

電池拆解檢查的目的是通過(guò)對(duì)電池內(nèi)部部件的檢查和測(cè)量，確定電池的故障原因，從而進(jìn)行修復(fù)或更換。在進(jìn)行電池拆解檢查前，需要先進(jìn)行安全防護(hù)措施。由于動(dòng)力電池內(nèi)部存儲(chǔ)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(hù)目鏡。

一般的檢查方法為：a.需要將電池包上蓋拆開(kāi)，暴露出電池單體。b.使用萬(wàn)用表等工具對(duì)每個(gè)單體進(jìn)行電壓測(cè)試，以確定是否存在單體電壓不平衡或短路等問(wèn)題。c.對(duì)電池單體進(jìn)行外觀檢查，觀察是否存在變形、裂紋、漏液等現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，需要進(jìn)行進(jìn)一步檢查或更換電池單體。

此外，還需要對(duì)電池管理系統(tǒng)進(jìn)行檢查，包括電池溫容量、電壓等參數(shù)的測(cè)量，以及對(duì)電池控制器和信號(hào)線路的檢查。在進(jìn)行電池拆解檢查時(shí)，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(wèn)題。同時(shí)，需要記錄每個(gè)單體的測(cè)試結(jié)果和外觀情況。電池拆解檢查是新能源汽車動(dòng)力電池故障診斷的重要方法之一，需要進(jìn)行安全防護(hù)，注意保持芯片的清潔和完好，并記錄每個(gè)單體的測(cè)試結(jié)果和外觀情況。

4 新能源汽車動(dòng)力電池維修流程和注意事項(xiàng)

41 故障檢測(cè)

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

b.查看數(shù)據(jù)記錄：電池會(huì)記錄車輛歷史數(shù)據(jù)，包括充電電流、電壓、溫度等。通過(guò)查看數(shù)據(jù)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(cè)量電池參數(shù)：使用專業(yè)設(shè)備測(cè)量電池的參數(shù)，如電壓、內(nèi)阻、容量等。通過(guò)這些參數(shù)的測(cè)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(guò)以上步驟的分析，結(jié)合電池的使用情況和周圍環(huán)境，確定電池故障原因，如電池老化、過(guò)度充電、高溫等。

42 拆卸電池

在進(jìn)行拆卸電池之前，需要先關(guān)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(fā)生。拆卸電池要注意的事項(xiàng)：a.需要拆下車輛的底盤(pán)保護(hù)板，以便能夠更好地接近電池。b.需要使用專業(yè)工具，拆下電池的連接器，包括正負(fù)極電纜、控制電纜和溫度傳感器等。在拆卸連接器時(shí)，需要注意不要用力過(guò)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(gè)模塊組成。需要先拆下固定電池模塊的螺絲，然后逐個(gè)拆下模塊。在拆卸電池模塊的過(guò)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(gè)電芯組成。需要先拆下電池單體的保護(hù)板，然后取出電芯。在取出電芯的過(guò)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(dòng)力電池的重要步驟，需要仔細(xì)操作，確保電池的安全性和維修效果。

43 電池分解

在進(jìn)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(gè)專門(mén)的維修工作臺(tái)上。電池分解時(shí)要注意的事項(xiàng)：a.需要對(duì)電池進(jìn)行普查和檢查，以了解其整體狀況。檢查過(guò)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(dòng)等問(wèn)題。b.需要進(jìn)行電池分解。需要拆卸電池蓋板和內(nèi)部的電池單體。在拆卸過(guò)程中，需要注意電池單體的安全，避免損壞電池單體或者導(dǎo)致電池短路等問(wèn)題。在電池單體被拆卸后，還需要對(duì)電池單體進(jìn)行標(biāo)記，以便在后續(xù)維修工作中能夠快速找到需要維修的單體。電池分解過(guò)程中，需要特別注意安全問(wèn)題。由于電池內(nèi)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(fēng)險(xiǎn)。c.需要注意電池中的有害物質(zhì)，如電解液等，不能隨意潑灑或排放。通過(guò)電池分解，可以更加深入地了解電池內(nèi)部的情況，并對(duì)電池單體進(jìn)行更加精細(xì)的維修。電池分解是維修新能源汽車動(dòng)力電池的關(guān)鍵步驟之一，必須認(rèn)真對(duì)待，確保操作人員的安全以及電池維修的質(zhì)量。

5 新能源汽車動(dòng)力電池安全使用和日常維護(hù)

新能源汽車動(dòng)力電池的安全使用主要包括：a.避免高溫環(huán)境。動(dòng)力電池對(duì)環(huán)境溫度的要求比較高，因此要盡量避免在高溫環(huán)境下使用新能源汽車。在停車時(shí)，也要將車輛停放在陰涼處。b.避免撞擊和振動(dòng)。動(dòng)力電池對(duì)撞擊和振動(dòng)的敏感度較高，因此在行駛過(guò)程中要盡量避免撞擊和劇烈顛簸。在停車時(shí)，也要選擇平穩(wěn)的停車場(chǎng)地。c.不要過(guò)度放電和充電。動(dòng)力電池的充電和放電應(yīng)該在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行。過(guò)度放電或充電都會(huì)對(duì)電池造成損害，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致電池失效。

新能源汽車動(dòng)力電池的日常維護(hù)主要包括：a.定期檢查電池狀態(tài)。定期檢查電池的狀態(tài)，包括電池容量、電池電壓等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行維護(hù)。b.維護(hù)電池平衡。在使用過(guò)程中，由于電池單體之間的差異，可能會(huì)導(dǎo)致電池負(fù)載不均衡。因此，需要定期進(jìn)行電池平衡維護(hù)。c.注意充電方式。在充電時(shí)，選擇正確的充電方式，避免過(guò)度充電或快速充電，以免對(duì)電池造成損害。

6 結(jié)語(yǔ)

新能源汽車動(dòng)力電池故障診斷與維修技術(shù)是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，它為新能源汽車的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持。隨著新能源汽車的普及，需要更多的專業(yè)人員來(lái)進(jìn)行故障診斷和維修，因此這項(xiàng)技術(shù)的研究和應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)對(duì)新能源汽車動(dòng)力電池故障診斷與維修技術(shù)進(jìn)行深入的研究，可以為新能源汽車的發(fā)展提供更為可靠的保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]田瑞峰，朱會(huì)超，鄭曉龍新能源汽車動(dòng)力電池故障診斷技術(shù)研究[J]電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2017，45（15）：80-85

[2]王浩，李衛(wèi)東，趙宏偉，等基于機(jī)器學(xué)習(xí)的新能源汽車電池故障診斷方法研究[J]電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2019，43（14）：99-106

[3]王國(guó)棟，楊靜，劉志強(qiáng)，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(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2020，32（8）：1739-1746

作者簡(jiǎn)介：

黃漢，男，1997年生，助理工程師，研究方向?yàn)殡妱?dòng)汽車動(dòng)力電池故障檢測(cè)與維修技術(shù)。