电动汽车电池管理系统故障诊断思路研究_闫云敬1
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2022-08-03
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科学技术创新 2
018.27
电动汽车电池管理系统故障诊断思路研究
闫云
敬
（柳州城市职业学院，广西 柳州 545000）
基于我国节能环保产业的发展，近些年国家增加了对电动
汽车行业的资源倾斜与政策扶植力度，使得电动汽车行业得到
了长远发展。但在实践发展时，电池技术已经成为限制行业可
持续发展的关键节点。由于汽车动力来源于电池，因此电池的
性能直接影响电动汽车的安全行驶。所以加强对电池管理系统
故障的诊断研究对促进电动汽车技术发展具有关键性的作用。
1 电池管理系统理论概述
电池管理系统是实现电动汽车正常运转的重要纽带，现阶
段我国电动汽车主要使用锂电池作为动力驱动系统。主要包
含：电极、集流体、隔膜、有机电解液以及相机等。相比其它材质
的电池，锂电池具有单体电压高、使用寿命长以及体积小、比能
量大的优点。当然其还存在对高温极其敏感、电极材料老化速
度快、低温内阻较高等缺陷。因此完善电池管理系统诊断系统
具有重要的意义。电动汽车电池管理系统主要包含对电力驱动
系统的电压、电流等方面的功能检测以及对电池负荷状态、充放
电功率等进行估算、对电池故障进行诊断等等。
结合相关实践经验，电动汽车锂电池管理系统存在的故障
主要包括以下方面：
1.1 充放电电路故障。充放电短路故障是影响电动汽车电
池寿命的主要故障，充放电电路故障轻则会造成锂电池出现损
坏，重则会引起电池爆炸或者电动汽车自然等安全事故。分析
电池充放电故障主要是以下原因造成的;(1)锂电池电池不一致。
一般电动汽车动力锂电池组的工作电压为 100- 500V，而单体锂
电池的电压为 3.7V，而由于组成电池组的电池存在电压、电阻、
容量等参数的不同，因此就会出现电池不一致的问题，从而引起
整个电池组出现故障；（2）锂电池充放电过量。电池具有一定的
寿命，而且其容量存在限制，但是当电池充电过程中出现电池
充电终止但是仍然继续充电的现象时就会对电池造成损伤。例
如当出现过充时，电池负极表面锂离子被还原成锂金属析出进
而形成枝晶，这样容易对电解液与电极之间的隔膜造成破坏，最
终造成内部短路。
1.2 电池组故障。电池组是锂电池管理系统的重要构成，是
由多个锂电池组成的，由于电池个体存在参数的差异性，因此在
电池组运行的过程中，由于单个电池疲劳损伤会对整个电池组
的使用造成影响。例如经过一段时间的使用后，电池的续航里
程就会降低，其主要是由于电池组内电池单体出现放放电过量
造成的。
1.3 BMS 故障。BMS 系统主要是对电动汽车进行监视和管
理的作用，由于 BMS 系统有多个单片机等构成，因此其出现故
障的因素比较多，因此需要采取有效的措施优化 BMS 系统。
2 电动汽车电池管理系统故障诊断模型
2.1 锂电池温升影响因素模型
电动汽车电池的使用与温度有很大的关系，相关研究数据
表明，在 50!条件下，锂电池需要经过 141 个周期循环才能使
"#$ 浓度降至 20%，温度上升至 58%。因此构建锂电池动力电
池热模型对找出影响电池温升的主要参数，对降低电池故障具
有重要的依据。电池热变化过程属于非稳态导热过程，电池温
度变化是产热、传热以及散热的共同结果，从电池的运行效果
看，电池产热主要是在充放电过程中发生不可逆 Qr 会伴随 Qs
副反应热，电池内阻产生的焦耳热 Qj 以及极化反应产生的极化
反应热 Qp。
根据能量守恒定律可以得出电池热模型为：
其中 q 是电池生热速率，& 是电池密度，’x、(y、) z 分别
对应该位置的导热系数，Cp 是电池比热容。
经过对应模型分析可知，电池热量的形成与电流强度、温
度、电池内阻等都具有关系。
2.2 电池荷载状况预测模型
锂电池荷载状态(SOC)显示电池剩余电量与电池管理系统的
主要参数。我们知道电池长期充放电过量就会影响电池的寿命。
例如电池长期负荷使用就会造成电池寿命降低，续航里程数降
低。因此准确的预测 SOC 是电池管理系统故障诊断的重要举
措。
SOC 估算方法:
电动汽车电池结构比较复杂，由于是锂电池的 SOC 确定具
有难以量化的计算，因此对于电池的荷电状态计算主要采取的
评估方法。通常使用的评估方法是对电池电流、电压等重要参
数进行测试，在按照一定的估算方法进行计算。目前对于电动
汽车 SOC 的估算有放电实验法、开路电压法、内阻法以及神经
网络法等等。
GA- LSSVR 算法是 Vapnik 等人在统计学分析前提下提出创
新型分类装置进行向量回归分析，此种算法有效的克服了传统
神经网络存在的网络结构选择困难的缺陷。本文在使用 GA 方
式整合 LSSVR 参数值过程中，要先针对 LSSVR 测试模型中的
基金
项目：!"#$ 年度广西高校中青年基础能力提升项目《基于区域性电动汽车动力系统故障分析及解决对策》。
摘 要：随着生态环保理念的逐步深入与社和经济体制的不断改革优化，电动汽车本身的环保特性已经使其成为汽车领域发
展的主流趋势，而锂电池管理系统作为电动汽车内部的核心构成，是车载动力电池与电动汽车连接的关键纽带。保证电池管理系
统的安全运行是电动汽车安全行驶的关键。本文以某品牌电动汽车为例，分析从电动电池与电池组故障视角电动汽车电池管理
系统存在的故障，并且提出故障诊断解决思路，以此推动电动汽车电池技术的发展。
关键词：电动汽车；电池；故障诊断
中
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