新能源汽车动力电池系统故障诊断故障诊断教学

——动力电池系统故障诊断新能源汽车故障诊断技术动力电池系统故障诊断1动力电池包结构识别与检查2动力电池故障警告灯点亮的诊断与排除3电动汽车无法上电故障的诊断与排除4电动汽车续驶里程短故障的诊断与排除1动力电池包结构识别与检查1电池组外观检查电池组外观检查主要包括车底外观检查、标识检查和接插件检查。1.车底外观检查1）将车辆举升目测动力电池底部，电池底板应平整无凹陷、划伤、锈蚀、损坏；电池箱体表面不得有划痕、尖角、毛刺、焊缝及残余油迹等外观缺陷，焊接处必须打磨圆滑。2）目测密封条及进排气孔，进行电池箱体的密封检查。3）检查动力电池组固定在车身上的螺栓是否完整无损伤，拧紧力矩是否达到规定值。2.标识检查动力电池箱体上一般有安全警告标识和电池参数说明标签两个。检查时要注意电池标识完好无脱落现象，且信息注意完整、清晰。3.接插件检查动力电池通过两个插件与外界连接。高压插件是动力电池的总正、总负端子；低压插件是动力电池的电池管理系统（BMS）与车身控制系统（VMS）连接的控制电路端子。检查时目测动力电池高、低压插接件外观有没有被泥沙或污物覆盖，若有应给予清理，用气枪吹净灰尘。另外是否有变形、松脱、过热、损坏的情况。要求部件完好、清洁，与车身链接牢固、锁止可靠；线束无死弯、无破损、固定完好、连接正常。拔下接插件，检查两端针脚有无锈蚀、退针、弯曲、烧蚀等异常，检查接插件内侧的橡胶密封胶垫是否完好，检查插件中间位置是否有水迹，检查结果需要详细记录。如检查无异常，在接插件内表面喷涂WD40，以保护插件顺利装复，保护接触良好，防止水汽进入接插件内部。2电池包内部PACK技术识别动力电池模组是由几颗到数百颗电池芯经由并联及串联所组成的多个PACK，再加上电池管理系统和热管理系统就组成一个较完整的锂电池包系统。动力电池的电能储存最小单元是电芯，根据电动汽车的电能管理要求，多个电芯进行并联或串联简单组合成电池模块，多个电池模块串联成电池模组，多个电池模组串联成电池包，电池包组成动力电池。一个较完整的锂电池包系统包括电芯技术、成组（pack）技术和电池管理（BMS）技术三个主要内容。1.电芯的并联与串联成组识别爱思开（SK）电池，是北汽EV200主要采用动力电池之一，其型号为C33DB，电池包容量30.4KWh，重291Kg，总体积240L。SK动力电池

普莱德动力电池也是北汽EV200主要采用动力电池之一。2.电池模组的正负电极联接元件与方式动力蓄电池内部的电芯之间、蓄电池模组之间连接要求连接极柱的接触电阻小、稳固，能防止振动产生松动。一般采用焊接和机械锁紧连接的方式组合电池组。动力蓄电池正负极与蓄电池组、蓄电池模块之间的连接时一般采用机械紧固的方式连接，以方便维修。因为电芯之间、蓄电池模组之间的连接要求较高，接触电阻要小，所以机械紧固连接螺栓或螺帽时必须按照规定上紧力矩，防止连接螺栓松开，造成接触电阻增大，产生动力蓄电池断电、烧毁导电连接片，甚至产生起火燃烧的事故。EV200高压母线插件

动力电池总成通过两个插件与外界连接。注意：为保证作业时人身安全，务必先解锁低压插件，再解锁高压插件。1脚：电源负极2脚：电源正极中间互锁端子北汽EV200接插件解锁方法：比亚迪e5动力电池高压端接口与北汽略有不同，拆装高压接口时，注意锁止机构锁片的字母提示，当锁片处于OPEN位置才可拆装。3.电池模组在箱体上的连接固定方式几个单体电芯并联后，其正极极耳激光焊接在一起，负极极耳激光焊接在一起后，外部加上封框、保护板、电极螺栓，即组成一个电池模块。电池模块

几个单体电池或电池模块串联在一起，并由激光焊在一起就构成了电池模组。

电池模组

多个电池模组串联，在加上分别均匀的多个电池信息采集器（BIC），1个电池正极接触器、1个负极接触器、采样线束、电池模组连接片、链接电缆、动力连接片、电池组固定压条，密封条等即构成动力电池包。动力电池包内部结构

动力电池箱体是动力电池的承载件，是支撑、固定、包围电池系统的组件，包含上盖和下托盘，还有辅助元器件，如过渡件、护板、螺栓等，电池包内部部件即通过多个压条固定在箱体内，并很好的密封。1.3高圧回路检测与控制元件高压回路主要控制部件在动力电池控制器里。

电池控制器结构组成

1.母线继电器（正负母线）动力蓄电池高压电源的输出/输入由其内部总正、总负二个母线接触器控制；BMS控制正极接触器的闭合或断开；

VCU控制负极接触器的开闭。2.预充电接触器与预充电电阻预充电路主要由预充继电器和预充电阻组成。预充控制原理图P：总正接触器N：总负接触器Pre：预充接触器R：预充电阻A：电机控制器B：车载充电机C：空调压缩机D：DC-DC整车预充控制如下：1）BMS控制预充接触器闭合或断开。2）上电模式初期用高压、小电流给各控制器电容充电。3）电容两端电压接近电池总电压时（差值小于5V），认为预充结束，闭合总正极继电器。4）充电模式初期，给各单体电芯进行预充电，确定单体电芯无短路后闭合总正极继电器。3.母线绝缘监测纯电动汽车高压系统部件框图

电气绝缘检测原理：电气绝缘监测原理1电气绝缘监测原理2电气绝缘监测原理3北汽EV200动力蓄电池绝缘监测，检测回路原理：

EV200动力电池绝缘监测回路动力蓄电池系统的绝缘值分为两个：正极与外壳的绝缘值、负极与外壳的绝缘值。测量方法为：在接触器断开条件下，采用绝缘电阻表测量正极对地缘阻值及负极对地绝缘阻值。判定标准：正极对地缘阻值及负极对地绝缘阻值均大于等于40MΩ为合格，小于40MΩ为不合格。绝缘检测4.母线电流传感器“电流传感器”用来监测母线充、放电电流的大小，类型为无感分流器，在电阻的两端形成毫伏级的电压信号，作为监测总电流，以北汽EV200为例，其电流传感器型号300A75mv。无感分流器也有采用霍尔电流传感器监测电流。电流传感器5.电池单体电压检测方式与线束为了对动力电池进行监测和管理，需要获得内部所有电池单体电压，所以ＢＭＳ对每一块电池单体正负两端各安装一根监测电压的导线。电压采集线路

BMS采集电芯电压电路

电芯电压采集导线直接连接到BMS电芯电压采集模块，BMS内部经过高压隔离和数模转换，把电芯电压转换成数字数据，BMS芯片对每一块电芯的实时电压进行监控，作出SOC的计算，并作出电芯电压是否正常的判断，如电芯电压偏差过大作出报警。1.4电池温度检测方式与线束对动力电池内部温度的监测一般采用热敏电阻制成的温度传感器来采集温度，一般处于发热量较大、散热慢、温度较高的位置，比如在电池单体集中的位置中间。温度传感器的电路直接与BMS连接，温度数据进行模数转换后进入BMS芯片，监测到温度过高(超过55℃)时会切断动力蓄电池的电力输出，并通过仪表报警，此时无法对动力电池进行充放电的操作，直至温度正常。监测到温度过低时会切断动力电池的电力输出，并启动加热电路，为电池单体加热至5℃以上，才可以进行充放电，并关闭加热电路。1.5电池加热方式动力蓄电池加热一般采用电热丝通电的方式对电芯加热。充电时闭合加热继电器，接通加热电热丝，用车载充电机或快充桩过来的电流进行加热，加热至5℃以上，BMS接通总正总负高压电路，对电芯进行充电。充电时电芯能产生热量，此时切断加热继电器也能保持正常的温度。1.加热垫在动力电池底部铺设有加热垫，其内部的发热材料是加热丝，外部采用毡毯包裹，既保证电热丝的绝缘，也保护电热丝不被压断或损坏。2.加热继电控制

动力电池内部加热继电器在充电前检测箱体内部温度，保障电池单体的温度范围在0~55℃之间(慢充)或5~55℃之间(快充)，才可以充电。加热继电器与熔丝3.风冷系统电池箱内不同电池模块之间的温度差异，会加剧电池内阻和容量的不一致性，如果长时间积累，会造成部分电池过充电或者过放电，造成安全隐患。在进行电池组结构布置和散热设计时，要尽量保证电池组散热的均匀性。动力电池风冷系统

1.6电池管理系统结构原理高压回路绝缘管理绝缘性能检测是保障用电安全的重要措施，绝缘监测电路通过绝缘监测电阻组成的电桥通过BMS时刻监测高压电路的绝缘状况，如果绝缘阻值下降，BMS切断总正和总负接触器，防止产生漏电意外，同时通过仪表报警。2.高压母线继电器控制动力电池高压系统工作原理图

2动力电池故障报警灯点亮故障的诊断与排除（1）故障现象仪表中间红色的故障灯点亮，同时车辆无法行驶。仪表显示动力蓄电池故障灯

（2）故障分析发生动力电池故障时，可通过常见故障警告灯代表的含义来初步分析判断故障点。故障灯含义备注车辆动力系统故障车辆动力系统故障时，故障灯点亮动力蓄电池电量不足（需要及时充电，不代表有故障）

需要及时充电，不代表有故障动力蓄电池切断动力蓄电池故障动力蓄电池绝缘电阻低动力蓄电池过热（3）故障排除根据故障灯含义，得知上述故障属于动力蓄电池内部故障，通过诊断仪进入动力蓄电池系统，读取故障码，根据故障码按照维修手册和电路图进行故障排除。动力蓄电池一般有以下故障：①动力蓄电池外部防护出现渗水，绝缘电阻降低；②内部电芯电压偏差过大；③内部总正、总负接触器、预充电继电器和预充电电阻损坏；④内部高压连接端子接触不良，接触电阻大，内部温度升高；3电动汽车无法上电故障的诊断与排除电动汽车的上电过程是个自我诊断的过程，VCU诊断车辆无影响行车安全的故障后，满足上电条件，点亮ready灯，完成上电过程。1）车钥匙置于OFF档位，低压辅助蓄电池12V常电对各个控制器维持供电；2）车钥匙置于ON档，低压辅助蓄电池12V电压的15号线对整车控制器VCU、电机控制器MCU，动力蓄电池控制器BMS，DC/DC变换器、空调控制器等供电，各个控制器唤醒、初始化、自检，没有故障分别上报VCU；3）VCU闭合动力蓄电池负极接触器，动力蓄电池管理系统（BMS）对高压回路绝缘监测，对各个电芯电压、最高电压、最低电压、温度进行监测并计算，对动力蓄电池SOC值计算，符合上电条件后闭合预充继电器；4）动力蓄电池通过预充继电器和预充电阻对车辆负载端的电容充电，BMS检测到预充电压达到95%以上的动力蓄电池总电压时，闭合总正接触器；5）总正接触器闭合约10ms后，断开预充继电器；6）此时VCU通过原车CAN线点亮仪表上ready灯，完成上电过程。1低压电池故障的诊断与排除低压辅助蓄电池一般是由铅酸蓄电池或锂离子电池构成，其本身的电量大约在40~60A·h。（1）故障现象低压辅助蓄电池的故障主要是低压辅助蓄电池电压偏低（甚至电压是0V）的故障，故障症状有以下几种：1）电动汽车起动时无法点亮READY灯，无法正常起动；2）电动汽车行驶途中仪表显示低压辅助蓄电池故障灯点亮，继续驾驶汽车仪表灯慢慢变暗，最终行驶途中汽车失去动力。（2）故障分析低压辅助蓄电池电路主要是由低压辅助蓄电池、DC/DC变换器和充电电路组成。低压辅助蓄电池电路

1）电动汽车低压辅助蓄电池一般采用动力电池，不是起动电池，若低压辅助蓄电池具有良好的充放电功能就可判断其性能是良好的。2）判断DC/DC变换器性能好坏比较方便，在起动电动汽车时，维修人员测量一下低压辅助蓄电池两端的直流电压，正常值在13.8~14.5V之间。（3）故障排除通过检测电压辅助蓄电池的性能，用充放电测试或用蓄电池性能测试表测试，比较容易判电压蓄电池是否存在故障，如果性能不良，那么更换该电压蓄电池就能排除故障。充电电路故障中，通过测量低压辅助电源电压的办法来找出故障。

低压电池故障诊断流程5.3.2控制电路故障的诊断与排除控制系统中分四类故障：低压辅助电压没有对整车供电；动力蓄电池BMS自检没有满足上电要求；高压互锁故障；预充电路故障。为了使用的安全，电动汽车在充电过程是无法上电的，在使用车辆时务必清楚。（1）故障现象打开车钥匙置于ON档，仪表没有显示READY灯，无法驱动车辆。（2）控制电路检测1）低压辅助电压没有对整车供电低压辅助电压没有对整车供电原理图2）动力电池BMS自检没有满足上电要求动力蓄电池是电动汽车的核心部件，内部有管理系统BMS，BMS监控高压回路绝缘性能，对各个电芯电压、最高电压、最低电压、温度进行监测并计算，对动力蓄电池SOC值计算，在上电时对总正总负接触器进行触点黏连检测。3）高压互锁故障在互锁电路故障时，电动汽车无法点亮READY灯，无法上电。北汽新能源EV200高压互锁图维修高压互锁电路时，需要检查每一个高压电缆的接通是否安装到位，如果高压电缆安装均无异常再依互锁电路导线的走向进行互锁电路的测量诊断。互锁电路连接图

互锁电路连接图

4）预充电路故障北汽新能源EV200动力蓄电池控制继电器盒内部结构电路图高压上电控制流程

4电动汽车续航里程短故障诊断与排除电动汽车续航里程短，影响因素有很多，如：①滚动阻力系数；②空气阻力系数；③机械效率；④整车质量；⑤整车辅助系统的能量消耗；⑥动力电池性能。与电动汽车续驶里程最直接相关的是动力电池，其容量越大续驶里程越长。1.动力电池的不一致性动力蓄电池的不一致性是指规格型号相同的单体电池在电压、内阻、容量等参数上存在的差别。（1）动力电池不一致性的原因。（2）动力电池不一致性的影响。1）内阻不一致的影响；2）电压不一致的影响；3）容量不一致的影响。（3）动力电池不一致性的改进措施1）电池制造厂提高工艺水平，保证电芯出厂质量，尤其是初始电压的一致性；2）在动力电池成组时，务必保证电池组中采用同一类型、同一规格、同一型号的电池；3）在电池组使用过程中检测单体电芯参数，尤其是动态和静态情况下（电动汽车停驶或行驶过程中）电压分布情况；4）对测量中容量偏低的电池进行单独维护性充电，使其性能恢复。5）间隔一定时间对电池组进行小电流维护性充电，促进电池组自身的均衡和性能恢复；6）避免电池过充电，尽量防止电池深放电。7）保证电池组良好的使用环境，尽量保证恒温，减小振动，避免水、尘土等污染电池极柱；8）研制开发实用的电池组能量管理和均衡系统，对电池组的充放电进行智能管理。2.电池单体的失效模式动力电池系统失效模式可以分为三种层级，即电芯失效模式、电池管理系统失效模式、Pack系统集成失效模式。电芯的失效模式分为安全性失效模式和非安全性失效模式。（1）电芯安全性失效1）电芯内部正负极短路；2）电池单体漏液；3）电池负极析锂；4）电池单体胀气鼓胀。（2）电芯的非安全性失效1）容量一致性差；2）自放电过大；3）低温放电容量减少；4）电池单体容量衰减。5.4.2故障诊断与排除1.故障现象电动汽车无故障灯报警，能点亮READY灯和上路行驶，但续航里程明显比以前少，感觉电量下降很快。2.电池组数据的读取与分析根据该故障现象要考虑是动力蓄电池电芯电压不均衡，电芯电压差较大，虽然没有显示故障灯报警，但已经明显影响充放电电量，明显减少续航里程。采用北汽专用解码仪VDI读取动力蓄电池故障码和电芯电压值，找出存在问题的电芯。3.