在電池管理系統(tǒng)中，故障診斷是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，完善的故障診斷策略是保障車輛正常、安全運行的必備條件。本文基于一套電池管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了對電池4 個類別共14 項故障的全面診斷與處理，有效提高了動力電池及整車安全運行的可靠性。

電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，BMS）是純電動汽車動力系統(tǒng)的核心，其主要任務(wù)是保證電池系統(tǒng)安全性、耐久性及動力性。電池故障診斷是保證電池安全的必要技術(shù)之一，國家（推薦性）標(biāo)準(zhǔn)GB/T 38661—2020 規(guī)定電池管理系統(tǒng)需具備電池故障診斷功能，并規(guī)定了電池故障診斷基本項目及可擴(kuò)展項目共17 項故障。基于我司C項目，我們開發(fā)了一套具有故障診斷功能的電池管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)將電池故障分為電池安全故障、電池嚴(yán)重故障、電池一般故障及硬件故障4 個類別共14 項故障（圖1），通過對這些故障進(jìn)行診斷并處理，保證了純電動汽車動力電池系統(tǒng)的安全可靠。

故障診斷與處理

1. 安全類電池故障

安全類電池故障會威脅到客戶的人身安全，如車輛起火等。此類故障主要包含電池?zé)崾Э毓收?。鋰離子電池（三元）的安全工作區(qū)域如圖2 所示，當(dāng)電池溫度超過150 ℃時，電池電芯易發(fā)生熱失控起火爆炸，進(jìn)而熱擴(kuò)散，導(dǎo)致電池包甚至整車起火燃燒，嚴(yán)重影響駕駛員人身安全。GB 38031—2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求標(biāo)準(zhǔn)》最新規(guī)定，電池包或系統(tǒng)在由于單個電池?zé)崾Э匾馃釘U(kuò)散，進(jìn)而導(dǎo)致乘員艙發(fā)生危險之前5 min，應(yīng)提供一個熱事件報警信號。

C 項目管理系統(tǒng)，當(dāng)電池包內(nèi)某一單體發(fā)生熱失控時，可實時上報報警信號，VCU 識別到報警信號后提示客戶離開，并啟動電池液冷系統(tǒng)對電池包進(jìn)行冷卻降溫，保證了客戶的人身安全，見表1。

2. 電池嚴(yán)重故障

電池嚴(yán)重故障為可造成車輛動力中斷的故障，影響車輛正常行駛。此類故障主要包含電池外短路、電池絕緣、電池過充、過放、過溫、充電過流和放電過流故障，見表2。電池外短路故障：電池在充放電過程中，高壓回路發(fā)生短路會導(dǎo)致鋰電池發(fā)生損壞，造成車輛動力中斷。BMS 通過識別高壓回路中的電流大小，來判斷電池包發(fā)生外短路故障；VCU 識別到故障碼后迅速斷開接觸器—熔斷器高壓保護(hù)回路，避免電池發(fā)生損壞。

電池絕緣故障：電池絕緣阻值降低時，造成電池發(fā)生漏電現(xiàn)象，可能會導(dǎo)致客戶發(fā)生觸電，對客戶人身安全產(chǎn)生影響。C 項目管理系統(tǒng)，通過電阻橋法對高壓回路絕緣阻值進(jìn)行實時測量，當(dāng)絕緣阻值低于某一故障閾值后，BMS 上報絕緣嚴(yán)重故障。

VCU 識別到故障后，提示客戶前往4S 店保養(yǎng)電池。電池過充、過放及過溫故障：如圖2 所示，當(dāng)電池過充時，電池容易形成鋰枝晶造成電池內(nèi)短路；電池過放時，正極破壞造成短路；電池過溫時會導(dǎo)致電池發(fā)生熱失控；電池過充、過放及過溫均會對電池造成不可逆損壞，甚至發(fā)生熱失控安全事故。C 項目管理系統(tǒng)，通過識別電池電壓、溫度來判斷電池是否發(fā)生過充、過放及過溫故障。

電池充電過流、放電過流故障：當(dāng)電池充電電流或放電電流高于故障閾值時，會對電池造成不可逆的損壞。VCU 識別到BMS 上報的電池充電過流或放電過流故障后，斷開高壓，停止當(dāng)次充放電過程。

3. 一般類電池故障

一般電池故障不會造成車輛動力中斷，但會對電池功能產(chǎn)生影響，如影響車輛續(xù)駛里程，對車輛進(jìn)行限功率等，此類故障主要包括電池壓差、電池溫差故障，見表3。電池壓差過大故障：當(dāng)電池中某一串模塊自放電較為嚴(yán)重時，該模塊電壓與其他相比壓差較大，當(dāng)壓差超過故障閾值時，BMS 即會上報電池壓差故障。由于車輛放電過程以Vmin 作為判斷依據(jù)，電池壓差較大，會造成車輛可用續(xù)駛里程減少，甚至?xí)餝OC不準(zhǔn)，影響車輛正常行駛。

電池溫差過大故障：電池電壓與溫度強相關(guān)，當(dāng)電池溫差較大時，最高溫度點與最低溫度點對應(yīng)電壓差值會增大，造成電池一致性降低，壓差增大，會造成車輛可用續(xù)駛里程減少，甚至?xí)餝OC 不準(zhǔn)，影響車輛正常行駛。

4. 硬件故障

硬件故障主要是對電池電壓、電流、溫度及絕緣等信息的采集單元進(jìn)行診斷，若采集單元發(fā)生故障，則電池信息將無法上報，車輛將無法正常使用。硬件故障主要包含電壓采集線松動、電流傳感器采集失效、溫度傳感器短路/ 開路、絕緣檢測系統(tǒng)故障，見表4。

電壓采集線松動故障：電壓采集線松動時，采集線對應(yīng)電池單體的采集電壓將異常偏高或偏低，若不將此異常電壓剔除，則易觸發(fā)電池欠壓或過壓故障，造成車輛無法正常行駛。當(dāng)BMS 檢測到某一單體電壓有異常變化時，BMS 即上報采集線松動故障。

電流傳感器采集失效：電流傳感器采集失效時，采集的電流值將為無效值，造成車輛安時積分不準(zhǔn)確，SOC 不準(zhǔn)，影響車輛正常行駛。當(dāng)BMS 檢測到電池電壓變化但電流未發(fā)生變化時，即上報電流傳感器采集失效故障。

溫度傳感器采集失效：溫度傳感器采集失效時，采集線束對應(yīng)溫感的采集溫度將異常偏高和偏低，若不將此異常溫度剔除，則易觸發(fā)電池過溫故障，造成車輛無法正常行駛。當(dāng)BMS 檢測到某一溫感信息有異常時，BMS 即上報溫度傳感器采集失效故障。

絕緣檢測系統(tǒng)故障：當(dāng)絕緣檢測系統(tǒng)發(fā)生故障時，BMS 無法檢測到高壓回路絕緣狀態(tài)。若高壓回路此時絕緣發(fā)生異常，BMS 無法上報絕緣嚴(yán)重故障，可能會造成客戶觸電風(fēng)險。

結(jié)束語

電池管理系統(tǒng)及動力電池的故障診斷與處理，對保障動力電池及保障整車安全可靠運行具有重要意義。

本文詳細(xì)介紹了我司自主研發(fā)的電池管理系統(tǒng)中的故障診斷與處理功能，實現(xiàn)了對電池安全故障、電池嚴(yán)重故障、電池一般故障及硬件故障的全面故障與處理，可精確診斷并上報對應(yīng)故障碼，同時整車識別到故障碼后也會做相應(yīng)預(yù)警與處理，充分保證了車輛安全及可靠運行。

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