【长安新能源汽车电池的维护与故障诊断8300字】

长安新能源汽车电池的维护与故障诊断TOC\o"1-2"\h\u22766引言 2164151动力电池相关概述 2222771.1动力电池的工作原理 2294011.2动力电池充电阶段的特点 2276432长安新能源汽车电池故障分析 241352.1长安新能源汽车简介 3216542.2新能源汽车的主要故障类型 354722.3新能源汽车动力电池系统的常见故障及维护方法 415223长安新能源汽车电池故障原因分析 8173744.长安型新能源汽车电池故障维护策略 1086754.1减少引发热失控的因素 10113674.2合理设计使用热管理系统 106999结束语 1129376参考文献 12摘要：由于现代科技的迅速发展,电器设备已经深入到了日常生活的各个领域之中,而电器设备故障判别也成为了目前科学研究的热门话题之一,特别是车辆系统中。汽车作为一种现代化的代步交通工具,为我们的日常生活工作带来了极大的便利,使我们可以充分享受现代化的便捷生活。本文通过对电力设备故障诊断技术的发展现状,及其系统结构、故障的类型和常用的电力故障设备和故障诊断方式等问题进行了系统分析,并选取长安60H电动汽车HV电池的维护作为研究对象,在此基础上对其电池设备常见故障的检测与维修进行了具体的研究,以期能供大家参考借鉴。关健词：电动汽车；维修技术；检测技术引言随着全球环境污染的加剧和能源的匮乏，各国政府都在关注新能源的开发和利用。近年来，电动自行车、混合动力汽车、燃料动力电池汽车、燃料动力电池自动驾驶汽车等市场备受关注。在许多国家，他们以政府的形式支持电动汽车的动力电池测试，许多公司也进行了独立的研究。随着储能技术的发展，储能动力电池开始进入人们生活的方方面面。动力电池技术成熟，维护方便，应用广泛。但是，动力电池在使用过程中仍然会出现一些故障，严重的情况下会危及生命财产安全。分析不同类型故障产生的原因，解决问题是保证动力电池使用功能，提高动力电池使用寿命的关键。因此，动力电池组的稳定性和可靠性，以及在放电过程中能够提供预期的容量，对于确保能源系统的安全运行至关重要。1动力电池相关概述1.1动力电池的工作原理动力电池中的主要成分是正极的二氧化铅，负极的海绵状铅和浓度为27%-37%的稀释硫酸水溶液。汽车启动动力电池是电能和化学能相互转换的可逆工具，即充电是储存电能，放电是化学能转化为电能并释放出来。动力电池由正极板、负极板、玻璃纤维隔板、电解质和电解质动力电池组成。充电后，所述正极板的活性材料为二氧化铅，所述负极板的活性材料为海绵状。放电后，电极板的活性物质转化为硫酸铅，充电后还原为原始物质。1.2动力电池充电阶段的特点在充电过程中主要有三个阶段：高效充电阶段、混合反应阶段和气相沉积阶段。1.高效充电阶段：在充电开始时，动力电池充电速度最大，接近100%。充电速度是充电过程中转换的化学能与充电器消耗的电能之比。当电解液开始连续起泡时，可改变充电方式继续充电，以减少对动力电池寿命的负面影响。2.混合反应阶段：随着充电过程的继续，充电的主反应和电解水的二次反应同时进行。在这个过程中，动力电池的充电速度不断下降。如果动力电池的末端电压没有增加，则假定动力电池当前是满的。3.气体沉积反应阶段：动力电池充满电后，如果动力电池仍然带电，它不仅能不带电，但多余的流量将电解水，导致大量气体的动力电池，浪费电能，而不是用于动力电池寿命。这一阶段必须尽快停止。2长安新能源汽车电池故障分析2.1长安新能源汽车简介ZINORO不仅代表了合资企业本地化和新能源车发展的新阶段，更凸显了宝马集团与华晨中国汽车之间强大的合作实力。其首款产品长安１Ｅ是一款采用全电力驱动技术的汽车，已于2014年第一季度推向市场。新品牌的产品在华晨宝马铁西工厂生产，华晨宝马先进的生产设施和高质量标准将成为新品牌高档内涵的保证。长安第一代电动车上市，开启了电动车无忧租赁服务，用更灵活更低门槛的方式让更多人体验到电动车这种先进的交通工具给城市和出行带来的好处。2017年3月21日，长安品牌第二款车型——采用插电式混合动力技术的SUV长安６０Ｈ正式上市，如图2-1所示。图2-1长安60H2.2新能源汽车的主要故障类型车载终端从车辆上采集各个部件的数据，并将其发送到企业平台;企业平台与车载终端通信，定期将故障和报警的处置措施、进度和结果上报至公共平台;公共平台从企业平台获取车辆行驶的相关数据，进行监管和分析。BB公司新能源汽车车载终端可以实时记录电动汽车行驶过程中的各项数据，并及时将其反馈给企业平台和公共平台。平台通过对传送回来的大量数据进行提取、整理和分析，统计一段时间内新能源汽车驾驶过程中的各类故障，之后将统计分析完成的数据反馈给企业平台，为企业的生产决策提供支撑。在企业平台提取BB公司2015年生产的某批次100辆Z1E型电动汽车2017年上半年的故障部位及频次数据，对2017年上半年内这100辆Z1E型电动汽车的所有故障按照所属系统进行分类，可分为六大部分，分别是:整车车身、电机系统、电池与电池管理系统、制动系统、主控制系统、悬架系统和其它部位，各个部位的故障类型及频次数据的具体统计结果见表1.2。表2.2Z1E型电动汽车2017年上半年的故障类型及频次数据致命故障严重故障一般故障轻微故障累计频次频率累计频率整车车身12140.050.046电机系统237120.140.186电池及其系统91225460.530.716制动系统1230.030.746主控制系统227130.150.896悬架系统11570.080.976其他220.021累计1523498712017年上半年统计的87例公司新能源汽车故障数据中，电动汽车的电池及其管理系统出现故障的频次高达46次，占据统计样本的53％；一般故障和严重故障分别有23例和15例，根据我国机械工业部发布的汽车行业标准中关于车辆可靠性的要求，汽车示范运行过程中不允许出现知名故障和严重故障，因此本次统计的结果显示公司的新能源汽车的可靠性还有待提高。2.3新能源汽车动力电池系统的常见故障及维护方法在进行使用电源和锂电池的工作过程中，容易发生管理制度的故障和锂离子电池原材料的故障。如果这些问题得不到有效的解决，必然会影响电源电池的寿命。如果新能源车的电源动作系统发生了故障，车辆的实时动作信息就会无法经由系统准确地发送，即使是电池进行了过充电，车辆的动作系统也会发生故障，也经常影响到电池的运行性能。另外，在点火线圈长时间处于高温压力的条件下，绝缘层容易损伤，在新能源车的行驶过程中会导致短路断层，威胁车辆的驾驶安全性。电动新能源车主要通过电池发电提供电能，驱动行驶的车辆。运行过程的损失比较小，能量利用率会提高。电动汽车新能源车的推广应用会大大降低空气中二氧化碳的排放。多年来我国液化石油汽车的柴油、汽油涡轮增压发动机生产和技术的积累，提高了此类车辆的工作可靠性和运行稳定性，柴油、汽油涡轮增压发动机的寿命也变得很长。但是，电动新能源车已经很久没有投入使用了，运用时各类问题也不可避免。新能源车的主要缺陷之一就是在电动新能源车的使用中有一些电池装置会过充电或过放电，从而缩短电池设备的寿命。在我国新能源动力汽车混合动力电池质量管理通信系统(BMS)中，常见的故障表现有几个方面：系统温度控制信号错误采集异常通信故障、绝缘异常故障、预充电异常故障、CAN系统实时通信异常故障、电压异常通信故障、BMS异常通信故障、内外部能源电压差别检测异常故障、不能充电故障等。（1）温度异常故障首先，温度传感器可能有问题，具体的诊断过程是:如果丢失了单一的温度数据，则需要集中于筛选，检查中央可调整部分的插头。如果连接没有问题，则传感器故障最有可能，需要及时地更换。其次，与温度传感器连接部分可能发生松动，要彻底且慎重地检查和确认好中间及控制端口两个插头上的球棒式温度传感器连接线，当连接部分发生松动或者线路脱落时，需要立即采取补救措施，如强化连接部位、重新连接线路、更换一条新的连接线等。如果BMS有一个硬件问题，判明BMS无法正确地收集车辆的温度数据，确认从汽车的控制电源线束向适配器连接至温度传感器的探头线束都处于正常状态，BMS的一个硬件也存在问题，需要更换主板对应的那个配电盘时，表示车辆工作状态正常，更换一个主板后汽车是否已经接通了电源，电源将从主板背面重新连接。否则，监视器值不会恢复到正常显示状态。（2）绝缘的故障问题在新能源汽车的电源电池管理系统中，连接器的内核和作业线束的外壳之间的短路、高电压线的破损和车身的短路会导致绝缘不良，电池箱的电压获取线和短路的破损也会导致绝缘不良。在新能源汽车的电池管理系统中，绝缘不良是由短连接器的电路核心和外壳的损伤、短连接车的高压电缆和主体、电压获取线的破损和短连接电池箱的主体引起的。诊断方法如下:首先是高电压负荷的泄漏。此时，PCU、充电器、DC/DC、空调和其他设备必须立即切断，直到发现实际故障原因，然后修理或更换新零件。第二，高压电线和连接器损坏。在这种情况下，实际测量必须使用测力计。根据试验结果，最终确定故障源，及时修理和更换缺陷零件。第三，电池罐浸水，电池泄漏。在这种情况下，电池盒必须完全清洗和干燥。如果电池整个都不能使用，需要立即更换。第四，电压取得线的损伤。如果漏了，就需要找到正确地漏点，找到漏的位置，修理和更换破损的管线。第五，高压印刷版检测错误。在平面高检测误差的条件下，及时改变需要考虑高压板效力的措施。（3）内外电压测量故障首先，全压集输线端子的连接变弱的理由。如果想知道是否是连接问题，需要使用万用表测量测试点的总电压，并与监视点的总电压进行比较。如果有异常，需要考虑线路问题，加强连接不可靠的地方，更换破损的地方。另一个是连接高压电路的异常现象。解决方法是使用数字测试器监视各点的总压力，最后检测两个数据。如果发现问题，请立即检查、修理或更换开关、螺栓、连接器和其他组件。第三，高电压印刷版的故障检测。测量实际电压后，需要与数据监视的总电压进行比较。偏差大时，需要考虑高压板的问题。变更高压板，两个值一致。（4）预充电故障首先，外部高电压组件有问题。BMS预充电故障时，总正极和总负极被切断。若预充电成功，外部高电压组件很有可能会引发故障。用高压接线盒和PCU定期监视，判断原因和理由后予以妥善处理。其次，主板存在有问题，不能及时停止关闭预充电的继电器。实际测试确认预充电继电器的实际电压。若不能满足12伏的标准供电要求，则必须尝试使用新型主板替代电路来进行预充电。若充电成功，故障必须被认为是主板存在的问题。第三，主要风险和抗预性充电有问题。经过检查后，如果预充电保险和预充电电阻异常，为了保证新能源汽车的正常使用，需要立即更换。第四，高压模板外侧的整体总压。这时候就需要改装或更换一个新的高电压板，尝试预充电。当预充电成功时，可以确认其原因为高压线路故障。故障电池的性能良好，无需更换。对应的故障是单电池的低SOC和单电池的高SOC。如果一个单电池组的SOC较低，电池组的输出电压首先在汽车驱动过程中达到放电截止的输出容量，减少电池组的实际输出容量，因此需要对单电池进行充电。如果单电池的SOC位于高端，充电结束时电池首先会达到充电切断电压，从而影响充电容量，需要单独对单电池进行放电。电池的性能严重下降，需要立即更换。对应的故障包括单电池容量不足和单电池较大的内阻。在电池组中，电池组整体的容量受到最小单一电池容量的限制，因此单一电池容量不足的障碍会影响车辆的驱动范围。锂离子型动力电池的内部充电阻力过大，会严重直接影响其动力电池的内部电化学性能，例如循环充电运行过程中的严重产生偏振光、活性物质低于再利用率、循环充电性能明显下降等；对于缺陷型的动力电池阻力可能会过大会影响其电池运行安全，对应的故障包括单电池的内部短路。单个动力电池外部短路；如果单个锂离子电池极性反转，则会使锂离子电池的极片和端子部分的活性物质、端子、外部连接和焊缝等接头部分可能受到损坏，或在强烈的振动下脱落，从而导致单电池的内部短路或外部短路的故障。通常，单个单元的前两种故障首先可能是由于功率单元分组时的单个单元一致性和单个单元的SOC、容量和内部电阻不同的两个原因造成的。（5）无法充电故障首先，充电器和底板可能连接不正确。使用检查工具检查车辆整体CAN系统的作业数据。发现异常数据时，需要全面详细地检查CAN通信路径。CAN中所指的总线是一种完全属于现场总线，它就是采用了一种完全能够有效地同时支持分布式数据控制和实时数据监视的模拟串行数据通信总线网络。与许多基于高级R-485线路的低级RS-485分布式控制管理系统产品相比，基于CAN总线的高级分布式控制系统在总线网络中各个控制节点之间同时进行的数据实时和离线数据通讯控制能力相比较强这一点上更加突出具有明显的技术特殊性。首先，CAN等微控制器以多种访问方式同时进行访问工作，网络系统中的每个总线节点都必须可以相互竞争，以便根据每个网络总线节点访问的优先级在各种无损结构的位置或者字节化和仲裁处理模式下向每个网络总线节点发送数据(根据消息标识符)。此外，CAN两个协议已经完全取消了两个工作站的通讯地址数据编码，替换为不同工作站的两个通信节点数据编码，从而可以允许不同的两个工作站通信节点同时可以获取相同的通信地址编码数据。这些特殊的网络功能结构使得基于CAN两个总线节点网络的每个总线节点之间的所有数据通讯都通常是实时的，容易用于建立冗余的网络结构，提高系统的工作可靠性和系统操作灵活性。但是，RS-485仅仅还是只能直接运行形成一个基于主从主站架构的网络系统，通讯轮询模式仅仅还是只能通过一个从从主站直接轮询的通信方式来直接执行，因此系该架构系统的网络运行速度实时和可靠性都比较差。开发周期短的芯片CAN总线可以经由短的CAN收发器间的接口形成芯片82C250的连接CANH和CANL两个物理输出输入终端子与一个物理输出总线相互连接，CANH输出终端在运行物理状态一般通常只能被明确认为终端是一个高电平或者高度浮动的运行状态，CANL输出终端的电子在运行时一般只能被明确认为终端是一个低电平或者高度浮动的运行状态。这样，如果是在RS-485网络中未经任何传输过的信号没有显示，即使在系统中没有任何的传输错误，则多个网络节点同时向一条网络总线上的一个网络节点发送数据时，总线将会可能自动出现一个短路，某些节点会损坏。此外，CAN总线节点还特别具有在一个网络中系统发生严重的安全错误时自动选择停止或暂时关闭各个总线数据输出的特殊安全功能，因此绝对不会影响总线上其他节点的行为，从而有效防止网络中各个总线节点之间的安全问题相互引起而使网络系统陷入死锁状态。此外，可通过CAN微控制器接口芯片及其通信接口上的芯片来直接设计实现这种CAN完美通信协议，大大减少了通信系统架构设计和软件开发工作人员的难度，仅通过这种电气协议就大大缩短了RS-485无与伦比的通讯系统开发周期。发生连接器接触不良或配线破损时，请立即修理或更换新的配线线束。其次，由于充电器和主板的问题，车不能正常运行。在这种情况下，需要更换充电器或基板来施加电压。充电正常时，可以判断原来的充电器和基板有什么问题。第三，BMS检测到故障，不能充电。通过监视和判断故障的原因，最终可以解决故障，给新能源车辆充电。第四，充电保险丝坏了。请用万用表测试充电保险丝，根据保险丝的开闭条件判断理由，更换保险丝进行充电。3长安新能源汽车电池故障原因分析为明确新能源汽车中最重要的故障模式，寻找产生故障的原因，从而有针对性地提出改进方案，以求提高新能源汽车的可靠性，对各系统故障模式的影响程度进行排序。可知动力电池漏液、动力电池变形、壳体出现裂纹以及过充电、过放电、过温、过压、过流是造成新能源汽车发生故障的主要因素。此要减少新能源汽车失效率，提高新能源汽车的可靠性，应重点从动力电池和其管理系统入手，从动力电池的设计研发、生产过程、使用维护以及实时监测等各个环节均进行改善，以求降低失效率。表3-1新能源汽车故障模式及原因分析系统类型故障模式故障原因可能后果故障影响严重度类型频率动力动力电池及其管理系统①极板硫化、短路、变形动力电池经常过放电，极板活性物质脱落，下部沉淀物质多汽车失去启动能力，甚至电解液喷出一般0.18②电解液故障电解液含有杂质，不能及时补充汽车无法正常行驶，续航能力降低轻微0.30①动力电池漏液、动力电池变形、壳体出现裂纹工艺质量差，电解槽密封不够，电池组一致性较差，壳体材料不当汽车无法行驶，甚至出现自燃严重0.32④过充电、过放电、过温过压、过流动力电池与管理系统匹配性较差，不能及时反馈电池组的物理状态，电池组散热较差电池组永久损害，无法充放电，甚至出现自燃严重0.20通过图3-1可以看出，新能源汽车故障率较高的因素主要有以下几项：单体电池成组一致性较差、电池组与整车系统匹配性低、可靠性试验不够＃格、ＢＭＳ系统落后、预防故障设计不足、产线工人的质量意识较低等因素是改善动力动力电池可靠性首先需要解决的；其中单体电池的一致性更是重中之重。除此之外原材料控制不严格和缺乏严格的行业标准对动力动力电池可靠性的影响也比较大．结合质量小组在动力动力电池生产各部门的走访调查，ＢＢ公司新能源汽车动力动力电池生产各环节存在的影响其可靠性的问题具体如下：（１）动力电池的试验条件较弱，不能准确模拟动力动力电池系统的作业环境，从而导致无法从根源发现动力电池的可靠性问题。（２）电池组预防故障设计不足，对于电池内短路、热失控等缺乏冗余设计。（３）动力动力电池生产工艺落后，产线自动化程度低，从而动力电池的生产过程受人为因素影响较大，导致电池组一致性较差。（４）原材料控制不严格、工人质量意识不高以及产成品质检宽松均导致动力电池故障率较高，性能差。（５）单体电池及电池组的各项指标采取国家标准（ＧＢ），某些指标要求不够严格。（６）ＢＭＳ系统较落后，在动力电池工作过程中不能准确监测和及时反馈动力电池的各项指标参数，并及时采取有效应对措施。4.长安型新能源汽车电池故障维护策略4.1减少引发热失控的因素动力电池内部短路形成内部短路的机理有三种:第一，由于电解液中混入异物导致隔膜被刺破，从而引起正负极短路。为避免此种情形，在为动力电池注入电解液时严格控制作业环境，尽可能保持清洁，并在电解液注入端口安装滤网，防止异物混入，除此之外对注入电解液的动力电池进行检测，剔除混入异物的电池:第二，动力电池在过充电和低温急速充电时，动力电池的石墨负极柱上会因为铿电子洗出形成铿金属枝晶，从而也会导致电池内部短路，此种情形的应对办法就是在正负极隔膜表面涂布陶瓷层，从而提高隔膜的机械强度和抗穿透能力;第三，至气中的水分与铿盐反应会生成强腐蚀性的酸，溶解正极材料并在负极析出枝晶，导致短路。避免此种情形需要严格控制原材料的纯净度和动力电池制造环境的湿度，避免水分混入。4.2合理设计使用热管理系统确保电池组内各水笙体电池都在适当并且尽可能相同的温度内运行是避免热失控的又一项举措。目前BB公司生六的动力动力电池较多采用的风冷和液冷热处理模式，虽然液冷方式较风冷具有换热系数高、加热/冷却速度快等优点，但依然存在散热效果差、成本高等缺陷。为提高散热效果，设计采用以变相材料为传热介质的散热模式，所谓变相材料是指在特定温度下可以发生相变并且能够吸收和释放热量的物质。在石蜡中添加导热能力强的其他物质，如石墨，制成复合PCM材料，用来包裹电池组，当动力电池的工作温度上升到变相温度时可以大量吸收潜热，有效防止动力电池系统过热，避免发生安全事故;除此之外，由于石蜡、石墨复合制成的PCM材料具有较强的抗拉、抗压以及对内部爆裂的耐受性等机械特性，也在一定程上提高了动力动力电池系统的安全性能，从而提高其可靠性。结束语分析不同类型故障产生的原因，解决问题是保证动力电池使用功能，提高动力电池使用寿命的关键。只