1、動力電池常見故障分析與預(yù)警方法摘要：隨著我國環(huán)境日益惡化，新能源汽車的發(fā)展受到了廣泛關(guān)注。而動力電池作為新能源汽車的核心部件，它的安全性直接決定了新能源汽車的安全性。而電池安全性的基礎(chǔ)是實現(xiàn)對電池狀態(tài)的精確監(jiān)控。目前電池狀態(tài)的監(jiān)控任務(wù)主要由電池管理系統(tǒng)來實現(xiàn)。車載的電池管理系統(tǒng)對于出廠兩年以內(nèi)電池狀態(tài)的估算效果不錯，比如電池SOC估算精度能夠控制在3%以內(nèi)，電池SOC一致性控制在5%以內(nèi)，電池功率預(yù)測主要采用查表方法，該表通常為線下標(biāo)定的參數(shù)。然而隨著電池的老化，這些電池狀態(tài)的估算顯得非常困難。主要原因在于電池的老化程度與電池的老化途徑有關(guān)，也就要求能夠?qū)﹄姵氐臍v史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和分析，而車載B

2、MS無論在存儲能力和大數(shù)據(jù)的分析能力上都無法滿足需要。隨著車連網(wǎng)技術(shù)的普及使得電池歷史數(shù)據(jù)的存儲成為可能。本論文主要開發(fā)一種基于后臺動力電池大數(shù)據(jù)的電池故障分析與安全預(yù)警方法。該方法主要從短期安全預(yù)警和長期健康預(yù)警兩個層面來保護(hù)動力電池安全和延緩電池衰減。關(guān)鍵詞：動力電池；故障分析；預(yù)警動力電池的健康與安全問題是新能源汽車首要關(guān)注的問題，動力電池的故障分析與預(yù)警是及時處理動力電池故障，發(fā)現(xiàn)潛在安全問題的有效方法。本論文從短期安全預(yù)警與長期健康預(yù)警兩個層面詳細(xì)的分析了動力電池SOC跳變，單體過壓，單體欠壓，單體過溫，壓差過大，溫差過大等常見故障，并給出了這類故障產(chǎn)生的根本原因及預(yù)警方法。1 短期

3、安全預(yù)警目前電動汽車常見的故障有過壓，欠壓，過溫，SOC跳變，過放，過充等故障。上述任何故障的出現(xiàn)都會降低電池的有效壽命，頻繁的短期故障隨著時間的累積最終導(dǎo)致電池的長期安全隱患，同時影響整車的性能。這些故障的出現(xiàn)一方面起到了暫時保護(hù)電池的作用，另一方面也說明了電池系統(tǒng)相應(yīng)功能的失效。下面詳細(xì)分析一下各個故障出現(xiàn)對應(yīng)的功能失效點。1.1SOC跳變故障SOC跳變故障是導(dǎo)致車輛拋錨的最主要原因之一，也是影響整車可靠性的最直觀問題。排除硬件故障導(dǎo)致SOC跳變的情況，導(dǎo)致SOC跳變最主要的問題就是BMS對SOC的估算有較大的偏差。BMS在大的SOC誤差的狀態(tài)下，遇見SOC修正就會發(fā)生跳變。不同廠家通常會

4、有不同的修正策略，市場上常見的有這么幾種滿充修正，會出現(xiàn)滿充跳變；行車滿放修正，會出現(xiàn)滿放跳變；啟動修正，會出現(xiàn)停車前后跳變。SOC誤差是無法消除的，各廠家通常會在SOC修正時采用平滑過渡方式避免出現(xiàn)SOC跳變。該方法只有在SOC誤差較低的情況下才有效。SOC估算是目前BMS核心算法之一，SOC的精度直接或者間接影響了其他功能的精度比如功率預(yù)測模塊等。由于不同BMS提供商的SOC算法精度也不一樣，估算誤差從3%到20%不等。想要獲得安全可控的SOC精度不能僅依賴BMS的估算。因此基于平臺監(jiān)控數(shù)據(jù)來實現(xiàn)SOC精確估算是整車廠電池安全性最有效的保證。這里采用了傳統(tǒng)的安時積分加修正的算法：這里給出了

5、SOC跳變預(yù)警判斷邏輯：只要滿足以下任一條件，報SOC跳變故障：(1)BMS報SOC跳變故障；(2)平臺監(jiān)控發(fā)現(xiàn)SOC變化速度超過實際容量變化速度的1.5倍；(3)BMS的估算SOC偏離平臺估算SOC超過10%。SOC修正不準(zhǔn)主要來源于OCV曲線不準(zhǔn)或者安時積分不準(zhǔn)。SOC修正不準(zhǔn)的主要有OCV曲線不準(zhǔn)或電壓采樣異常兩種原因。而電流采樣不準(zhǔn)，采樣時間間隔異常以及電池容量不準(zhǔn)是導(dǎo)致安時積分不準(zhǔn)的主要原因。SOC存儲問題導(dǎo)致下電時SOC未保存，再次上電時SOC恢復(fù)到上次保存的結(jié)果導(dǎo)致SOC跳變。1.2 單體過壓欠壓故障電池單體出現(xiàn)過壓的情況也是電池最頻繁的故障之一，發(fā)生的原因主要是電池的充電電流或

6、者是回充電流超過了電芯實際的充電或回充能力。當(dāng)BMS的功率預(yù)測功能正常工作的情況下，BMS能夠提供準(zhǔn)確的電池回充電流限值給整車控制器或者充電限值給充電機，來保證過壓情況不會出現(xiàn)。顯然，不是BMS預(yù)測的充電或者回充電流不準(zhǔn)，就是采用了超過BMS發(fā)送的電流限制的電流進(jìn)行回充或充電，如果是后者BMS此時會同時報過流過壓故障。可見單獨的過壓故障是由于BMS功率預(yù)測模塊失效導(dǎo)致的結(jié)果。通常情況下SOC會作為功率預(yù)測模塊的一個輸入，因此功率預(yù)測模塊的失效可能是SOC的估算問題，也可能是功率預(yù)測算法的問題。作為BMS核心算法之一的功率預(yù)測和SOC估算一樣不能只依賴于BMS,基于充電檢測數(shù)據(jù)的功率預(yù)測更能保證

7、整車的安全和性能。欠壓和過壓是一樣的分析思路，欠壓的問題通常是功率預(yù)測的放電電流大于電芯的實際放電能力。單獨的欠壓故障同樣反應(yīng)了功率預(yù)測模塊的失效。基于以上分析，可以把過壓欠壓故障分解為電池功率預(yù)測誤差大和非電池問題。功率預(yù)測誤差大判據(jù)為：(1)BMS報過壓或者欠壓同時沒有報過流；或(2)平臺監(jiān)控發(fā)現(xiàn)過壓或者欠壓同時沒有過流；或(3)BMS預(yù)測功率限制偏離平臺預(yù)測值過大。行車過程過壓欠壓且過流則報整車控制問題，充電過程中報過壓且同時過流則報充電控制問題。1.3 電池過溫電池過溫通常是電池系統(tǒng)的熱管理功能失效或者是電池老化內(nèi)阻增大的直接后果。電池內(nèi)阻增加分為部分電芯內(nèi)阻異常增加和整體電池老化內(nèi)阻

8、增加。電池溫差過大造成的原因主要是部分電池內(nèi)阻異常增加，一般會伴隨著壓差偏大的現(xiàn)象。電池過溫的判據(jù)為：(1)BMS報電池過溫；或(2)平臺檢測電池最高溫度超限。1.4 電池過充過放在電池過充或者過放前，通常會有過壓或者是欠壓的報警。在檢測電壓正常的情況下，能夠正常采取保護(hù)措施的情況下，不會發(fā)生電池的過充和過放。當(dāng)電壓采樣出現(xiàn)問題時，容易導(dǎo)致電池在未報過壓和欠壓的情況下，發(fā)生過充或過放危險。因此電壓采樣的可靠性需要得到實時的檢測和預(yù)警。2 長期健康預(yù)警2.1 壓差過大故障壓差過大通常是電池一致性變差的直接表現(xiàn)，造成壓差過大的原因體現(xiàn)在兩個主要方面，一是電芯工藝引起的問題，比如有個別電芯容量衰減太

9、快、內(nèi)阻增太快或者自放電異常；二是電池均衡功能失效，無法消除正常自放電差異導(dǎo)致的電芯間的SOC差異。需要根據(jù)平臺監(jiān)控數(shù)據(jù)分析定位出電池一致性差的原因，采取相應(yīng)的處理措施。基于對壓差過大的分析，需要針對電芯容量衰減，內(nèi)阻衰減，自放電異常和均衡功能失效四種情況分別進(jìn)行預(yù)警。如果靜態(tài)壓差較低，則說明電池內(nèi)阻異常衰減；否者可能是電芯SOC一致性較差。進(jìn)一步判斷電池整個SOC區(qū)間SOC差異，如果差異不同說明電芯容量衰減異常；否者可能是自放電異常或者是均衡異常。如果差異相同且無均衡故障，則判斷為自放電異常。2.2 溫差大故障溫差過大出現(xiàn)的概率較低，主要原因主要分為電池產(chǎn)熱的一致性或者電池系統(tǒng)散熱的一致性。

10、產(chǎn)熱的一致性主要體現(xiàn)在電池內(nèi)阻的差異性，該差異性通常是電池老化不一致所致。電池的散熱性能一般在出廠之前都已經(jīng)設(shè)計完成，在整個生命周期中變化不大。出現(xiàn)溫差過大通常是通訊干擾，或者是未規(guī)避電池環(huán)境熱源。2.3 過流故障電池過流出現(xiàn)的頻率相對較低，原因主要是整車控制或者充電機控制失效。發(fā)生此問題之后通常需要及時調(diào)整車策略或者是充電策略，否者長期會導(dǎo)致電池容量的快速衰減。2.4總壓過高過低電池系統(tǒng)總壓過高過低而單體電芯電壓未過壓或欠壓報警時，主要原因是系統(tǒng)的連接電阻異常，此時由于接觸不良容易導(dǎo)致局部過熱危險。因此需要及時對系統(tǒng)內(nèi)阻進(jìn)行維護(hù)。3 結(jié)語基于以上的分析，監(jiān)控平臺除了能夠?qū)ν瓿啥唐陬A(yù)警，第一時間保護(hù)電芯的同時，還可以分析