【長安新能源汽車電池的維護與故障診斷8300字】

長安新能源汽車電池的維護與故障診斷TOC\o"1-2"\h\u22766引言 2164151動力電池相關概述 2222771.1動力電池的工作原理 2294011.2動力電池充電階段的特點 2276432長安新能源汽車電池故障分析 241352.1長安新能源汽車簡介 3216542.2新能源汽車的主要故障類型 354722.3新能源汽車動力電池系統(tǒng)的常見故障及維護方法 415223長安新能源汽車電池故障原因分析 8173744.長安型新能源汽車電池故障維護策略 1086754.1減少引發(fā)熱失控的因素 10113674.2合理設計使用熱管理系統(tǒng) 106999結束語 1129376參考文獻 12摘要：由于現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展,電器設備已經深入到了日常生活的各個領域之中,而電器設備故障判別也成為了目前科學研究的熱門話題之一,特別是車輛系統(tǒng)中。汽車作為一種現(xiàn)代化的代步交通工具,為我們的日常生活工作帶來了極大的便利,使我們可以充分享受現(xiàn)代化的便捷生活。本文通過對電力設備故障診斷技術的發(fā)展現(xiàn)狀,及其系統(tǒng)結構、故障的類型和常用的電力故障設備和故障診斷方式等問題進行了系統(tǒng)分析,并選取長安60H電動汽車HV電池的維護作為研究對象,在此基礎上對其電池設備常見故障的檢測與維修進行了具體的研究,以期能供大家參考借鑒。關健詞：電動汽車；維修技術；檢測技術引言隨著全球環(huán)境污染的加劇和能源的匱乏，各國政府都在關注新能源的開發(fā)和利用。近年來，電動自行車、混合動力汽車、燃料動力電池汽車、燃料動力電池自動駕駛汽車等市場備受關注。在許多國家，他們以政府的形式支持電動汽車的動力電池測試，許多公司也進行了獨立的研究。隨著儲能技術的發(fā)展，儲能動力電池開始進入人們生活的方方面面。動力電池技術成熟，維護方便，應用廣泛。但是，動力電池在使用過程中仍然會出現(xiàn)一些故障，嚴重的情況下會危及生命財產安全。分析不同類型故障產生的原因，解決問題是保證動力電池使用功能，提高動力電池使用壽命的關鍵。因此，動力電池組的穩(wěn)定性和可靠性，以及在放電過程中能夠提供預期的容量，對于確保能源系統(tǒng)的安全運行至關重要。1動力電池相關概述1.1動力電池的工作原理動力電池中的主要成分是正極的二氧化鉛，負極的海綿狀鉛和濃度為27%-37%的稀釋硫酸水溶液。汽車啟動動力電池是電能和化學能相互轉換的可逆工具，即充電是儲存電能，放電是化學能轉化為電能并釋放出來。動力電池由正極板、負極板、玻璃纖維隔板、電解質和電解質動力電池組成。充電后，所述正極板的活性材料為二氧化鉛，所述負極板的活性材料為海綿狀。放電后，電極板的活性物質轉化為硫酸鉛，充電后還原為原始物質。1.2動力電池充電階段的特點在充電過程中主要有三個階段：高效充電階段、混合反應階段和氣相沉積階段。1.高效充電階段：在充電開始時，動力電池充電速度最大，接近100%。充電速度是充電過程中轉換的化學能與充電器消耗的電能之比。當電解液開始連續(xù)起泡時，可改變充電方式繼續(xù)充電，以減少對動力電池壽命的負面影響。2.混合反應階段：隨著充電過程的繼續(xù)，充電的主反應和電解水的二次反應同時進行。在這個過程中，動力電池的充電速度不斷下降。如果動力電池的末端電壓沒有增加，則假定動力電池當前是滿的。3.氣體沉積反應階段：動力電池充滿電后，如果動力電池仍然帶電，它不僅能不帶電，但多余的流量將電解水，導致大量氣體的動力電池，浪費電能，而不是用于動力電池壽命。這一階段必須盡快停止。2長安新能源汽車電池故障分析2.1長安新能源汽車簡介ZINORO不僅代表了合資企業(yè)本地化和新能源車發(fā)展的新階段，更凸顯了寶馬集團與華晨中國汽車之間強大的合作實力。其首款產品長安１Ｅ是一款采用全電力驅動技術的汽車，已于2014年第一季度推向市場。新品牌的產品在華晨寶馬鐵西工廠生產，華晨寶馬先進的生產設施和高質量標準將成為新品牌高檔內涵的保證。長安第一代電動車上市，開啟了電動車無憂租賃服務，用更靈活更低門檻的方式讓更多人體驗到電動車這種先進的交通工具給城市和出行帶來的好處。2017年3月21日，長安品牌第二款車型——采用插電式混合動力技術的SUV長安６０Ｈ正式上市，如圖2-1所示。圖2-1長安60H2.2新能源汽車的主要故障類型車載終端從車輛上采集各個部件的數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送到企業(yè)平臺;企業(yè)平臺與車載終端通信，定期將故障和報警的處置措施、進度和結果上報至公共平臺;公共平臺從企業(yè)平臺獲取車輛行駛的相關數(shù)據(jù)，進行監(jiān)管和分析。BB公司新能源汽車車載終端可以實時記錄電動汽車行駛過程中的各項數(shù)據(jù)，并及時將其反饋給企業(yè)平臺和公共平臺。平臺通過對傳送回來的大量數(shù)據(jù)進行提取、整理和分析，統(tǒng)計一段時間內新能源汽車駕駛過程中的各類故障，之后將統(tǒng)計分析完成的數(shù)據(jù)反饋給企業(yè)平臺，為企業(yè)的生產決策提供支撐。在企業(yè)平臺提取BB公司2015年生產的某批次100輛Z1E型電動汽車2017年上半年的故障部位及頻次數(shù)據(jù)，對2017年上半年內這100輛Z1E型電動汽車的所有故障按照所屬系統(tǒng)進行分類，可分為六大部分，分別是:整車車身、電機系統(tǒng)、電池與電池管理系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、主控制系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)和其它部位，各個部位的故障類型及頻次數(shù)據(jù)的具體統(tǒng)計結果見表1.2。表2.2Z1E型電動汽車2017年上半年的故障類型及頻次數(shù)據(jù)致命故障嚴重故障一般故障輕微故障累計頻次頻率累計頻率整車車身12140.050.046電機系統(tǒng)237120.140.186電池及其系統(tǒng)91225460.530.716制動系統(tǒng)1230.030.746主控制系統(tǒng)227130.150.896懸架系統(tǒng)11570.080.976其他220.021累計1523498712017年上半年統(tǒng)計的87例公司新能源汽車故障數(shù)據(jù)中，電動汽車的電池及其管理系統(tǒng)出現(xiàn)故障的頻次高達46次，占據(jù)統(tǒng)計樣本的53％；一般故障和嚴重故障分別有23例和15例，根據(jù)我國機械工業(yè)部發(fā)布的汽車行業(yè)標準中關于車輛可靠性的要求，汽車示范運行過程中不允許出現(xiàn)知名故障和嚴重故障，因此本次統(tǒng)計的結果顯示公司的新能源汽車的可靠性還有待提高。2.3新能源汽車動力電池系統(tǒng)的常見故障及維護方法在進行使用電源和鋰電池的工作過程中，容易發(fā)生管理制度的故障和鋰離子電池原材料的故障。如果這些問題得不到有效的解決，必然會影響電源電池的壽命。如果新能源車的電源動作系統(tǒng)發(fā)生了故障，車輛的實時動作信息就會無法經由系統(tǒng)準確地發(fā)送，即使是電池進行了過充電，車輛的動作系統(tǒng)也會發(fā)生故障，也經常影響到電池的運行性能。另外，在點火線圈長時間處于高溫壓力的條件下，絕緣層容易損傷，在新能源車的行駛過程中會導致短路斷層，威脅車輛的駕駛安全性。電動新能源車主要通過電池發(fā)電提供電能，驅動行駛的車輛。運行過程的損失比較小，能量利用率會提高。電動汽車新能源車的推廣應用會大大降低空氣中二氧化碳的排放。多年來我國液化石油汽車的柴油、汽油渦輪增壓發(fā)動機生產和技術的積累，提高了此類車輛的工作可靠性和運行穩(wěn)定性，柴油、汽油渦輪增壓發(fā)動機的壽命也變得很長。但是，電動新能源車已經很久沒有投入使用了，運用時各類問題也不可避免。新能源車的主要缺陷之一就是在電動新能源車的使用中有一些電池裝置會過充電或過放電，從而縮短電池設備的壽命。在我國新能源動力汽車混合動力電池質量管理通信系統(tǒng)(BMS)中，常見的故障表現(xiàn)有幾個方面：系統(tǒng)溫度控制信號錯誤采集異常通信故障、絕緣異常故障、預充電異常故障、CAN系統(tǒng)實時通信異常故障、電壓異常通信故障、BMS異常通信故障、內外部能源電壓差別檢測異常故障、不能充電故障等。（1）溫度異常故障首先，溫度傳感器可能有問題，具體的診斷過程是:如果丟失了單一的溫度數(shù)據(jù)，則需要集中于篩選，檢查中央可調整部分的插頭。如果連接沒有問題，則傳感器故障最有可能，需要及時地更換。其次，與溫度傳感器連接部分可能發(fā)生松動，要徹底且慎重地檢查和確認好中間及控制端口兩個插頭上的球棒式溫度傳感器連接線，當連接部分發(fā)生松動或者線路脫落時，需要立即采取補救措施，如強化連接部位、重新連接線路、更換一條新的連接線等。如果BMS有一個硬件問題，判明BMS無法正確地收集車輛的溫度數(shù)據(jù)，確認從汽車的控制電源線束向適配器連接至溫度傳感器的探頭線束都處于正常狀態(tài)，BMS的一個硬件也存在問題，需要更換主板對應的那個配電盤時，表示車輛工作狀態(tài)正常，更換一個主板后汽車是否已經接通了電源，電源將從主板背面重新連接。否則，監(jiān)視器值不會恢復到正常顯示狀態(tài)。（2）絕緣的故障問題在新能源汽車的電源電池管理系統(tǒng)中，連接器的內核和作業(yè)線束的外殼之間的短路、高電壓線的破損和車身的短路會導致絕緣不良，電池箱的電壓獲取線和短路的破損也會導致絕緣不良。在新能源汽車的電池管理系統(tǒng)中，絕緣不良是由短連接器的電路核心和外殼的損傷、短連接車的高壓電纜和主體、電壓獲取線的破損和短連接電池箱的主體引起的。診斷方法如下:首先是高電壓負荷的泄漏。此時，PCU、充電器、DC/DC、空調和其他設備必須立即切斷，直到發(fā)現(xiàn)實際故障原因，然后修理或更換新零件。第二，高壓電線和連接器損壞。在這種情況下，實際測量必須使用測力計。根據(jù)試驗結果，最終確定故障源，及時修理和更換缺陷零件。第三，電池罐浸水，電池泄漏。在這種情況下，電池盒必須完全清洗和干燥。如果電池整個都不能使用，需要立即更換。第四，電壓取得線的損傷。如果漏了，就需要找到正確地漏點，找到漏的位置，修理和更換破損的管線。第五，高壓印刷版檢測錯誤。在平面高檢測誤差的條件下，及時改變需要考慮高壓板效力的措施。（3）內外電壓測量故障首先，全壓集輸線端子的連接變弱的理由。如果想知道是否是連接問題，需要使用萬用表測量測試點的總電壓，并與監(jiān)視點的總電壓進行比較。如果有異常，需要考慮線路問題，加強連接不可靠的地方，更換破損的地方。另一個是連接高壓電路的異?，F(xiàn)象。解決方法是使用數(shù)字測試器監(jiān)視各點的總壓力，最后檢測兩個數(shù)據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)問題，請立即檢查、修理或更換開關、螺栓、連接器和其他組件。第三，高電壓印刷版的故障檢測。測量實際電壓后，需要與數(shù)據(jù)監(jiān)視的總電壓進行比較。偏差大時，需要考慮高壓板的問題。變更高壓板，兩個值一致。（4）預充電故障首先，外部高電壓組件有問題。BMS預充電故障時，總正極和總負極被切斷。若預充電成功，外部高電壓組件很有可能會引發(fā)故障。用高壓接線盒和PCU定期監(jiān)視，判斷原因和理由后予以妥善處理。其次，主板存在有問題，不能及時停止關閉預充電的繼電器。實際測試確認預充電繼電器的實際電壓。若不能滿足12伏的標準供電要求，則必須嘗試使用新型主板替代電路來進行預充電。若充電成功，故障必須被認為是主板存在的問題。第三，主要風險和抗預性充電有問題。經過檢查后，如果預充電保險和預充電電阻異常，為了保證新能源汽車的正常使用，需要立即更換。第四，高壓模板外側的整體總壓。這時候就需要改裝或更換一個新的高電壓板，嘗試預充電。當預充電成功時，可以確認其原因為高壓線路故障。故障電池的性能良好，無需更換。對應的故障是單電池的低SOC和單電池的高SOC。如果一個單電池組的SOC較低，電池組的輸出電壓首先在汽車驅動過程中達到放電截止的輸出容量，減少電池組的實際輸出容量，因此需要對單電池進行充電。如果單電池的SOC位于高端，充電結束時電池首先會達到充電切斷電壓，從而影響充電容量，需要單獨對單電池進行放電。電池的性能嚴重下降，需要立即更換。對應的故障包括單電池容量不足和單電池較大的內阻。在電池組中，電池組整體的容量受到最小單一電池容量的限制，因此單一電池容量不足的障礙會影響車輛的驅動范圍。鋰離子型動力電池的內部充電阻力過大，會嚴重直接影響其動力電池的內部電化學性能，例如循環(huán)充電運行過程中的嚴重產生偏振光、活性物質低于再利用率、循環(huán)充電性能明顯下降等；對于缺陷型的動力電池阻力可能會過大會影響其電池運行安全，對應的故障包括單電池的內部短路。單個動力電池外部短路；如果單個鋰離子電池極性反轉，則會使鋰離子電池的極片和端子部分的活性物質、端子、外部連接和焊縫等接頭部分可能受到損壞，或在強烈的振動下脫落，從而導致單電池的內部短路或外部短路的故障。通常，單個單元的前兩種故障首先可能是由于功率單元分組時的單個單元一致性和單個單元的SOC、容量和內部電阻不同的兩個原因造成的。（5）無法充電故障首先，充電器和底板可能連接不正確。使用檢查工具檢查車輛整體CAN系統(tǒng)的作業(yè)數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時，需要全面詳細地檢查CAN通信路徑。CAN中所指的總線是一種完全屬于現(xiàn)場總線，它就是采用了一種完全能夠有效地同時支持分布式數(shù)據(jù)控制和實時數(shù)據(jù)監(jiān)視的模擬串行數(shù)據(jù)通信總線網絡。與許多基于高級R-485線路的低級RS-485分布式控制管理系統(tǒng)產品相比，基于CAN總線的高級分布式控制系統(tǒng)在總線網絡中各個控制節(jié)點之間同時進行的數(shù)據(jù)實時和離線數(shù)據(jù)通訊控制能力相比較強這一點上更加突出具有明顯的技術特殊性。首先，CAN等微控制器以多種訪問方式同時進行訪問工作，網絡系統(tǒng)中的每個總線節(jié)點都必須可以相互競爭，以便根據(jù)每個網絡總線節(jié)點訪問的優(yōu)先級在各種無損結構的位置或者字節(jié)化和仲裁處理模式下向每個網絡總線節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)(根據(jù)消息標識符)。此外，CAN兩個協(xié)議已經完全取消了兩個工作站的通訊地址數(shù)據(jù)編碼，替換為不同工作站的兩個通信節(jié)點數(shù)據(jù)編碼，從而可以允許不同的兩個工作站通信節(jié)點同時可以獲取相同的通信地址編碼數(shù)據(jù)。這些特殊的網絡功能結構使得基于CAN兩個總線節(jié)點網絡的每個總線節(jié)點之間的所有數(shù)據(jù)通訊都通常是實時的，容易用于建立冗余的網絡結構，提高系統(tǒng)的工作可靠性和系統(tǒng)操作靈活性。但是，RS-485僅僅還是只能直接運行形成一個基于主從主站架構的網絡系統(tǒng)，通訊輪詢模式僅僅還是只能通過一個從從主站直接輪詢的通信方式來直接執(zhí)行，因此系該架構系統(tǒng)的網絡運行速度實時和可靠性都比較差。開發(fā)周期短的芯片CAN總線可以經由短的CAN收發(fā)器間的接口形成芯片82C250的連接CANH和CANL兩個物理輸出輸入終端子與一個物理輸出總線相互連接，CANH輸出終端在運行物理狀態(tài)一般通常只能被明確認為終端是一個高電平或者高度浮動的運行狀態(tài)，CANL輸出終端的電子在運行時一般只能被明確認為終端是一個低電平或者高度浮動的運行狀態(tài)。這樣，如果是在RS-485網絡中未經任何傳輸過的信號沒有顯示，即使在系統(tǒng)中沒有任何的傳輸錯誤，則多個網絡節(jié)點同時向一條網絡總線上的一個網絡節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線將會可能自動出現(xiàn)一個短路，某些節(jié)點會損壞。此外，CAN總線節(jié)點還特別具有在一個網絡中系統(tǒng)發(fā)生嚴重的安全錯誤時自動選擇停止或暫時關閉各個總線數(shù)據(jù)輸出的特殊安全功能，因此絕對不會影響總線上其他節(jié)點的行為，從而有效防止網絡中各個總線節(jié)點之間的安全問題相互引起而使網絡系統(tǒng)陷入死鎖狀態(tài)。此外，可通過CAN微控制器接口芯片及其通信接口上的芯片來直接設計實現(xiàn)這種CAN完美通信協(xié)議，大大減少了通信系統(tǒng)架構設計和軟件開發(fā)工作人員的難度，僅通過這種電氣協(xié)議就大大縮短了RS-485無與倫比的通訊系統(tǒng)開發(fā)周期。發(fā)生連接器接觸不良或配線破損時，請立即修理或更換新的配線線束。其次，由于充電器和主板的問題，車不能正常運行。在這種情況下，需要更換充電器或基板來施加電壓。充電正常時，可以判斷原來的充電器和基板有什么問題。第三，BMS檢測到故障，不能充電。通過監(jiān)視和判斷故障的原因，最終可以解決故障，給新能源車輛充電。第四，充電保險絲壞了。請用萬用表測試充電保險絲，根據(jù)保險絲的開閉條件判斷理由，更換保險絲進行充電。3長安新能源汽車電池故障原因分析為明確新能源汽車中最重要的故障模式，尋找產生故障的原因，從而有針對性地提出改進方案，以求提高新能源汽車的可靠性，對各系統(tǒng)故障模式的影響程度進行排序?？芍獎恿﹄姵芈┮?、動力電池變形、殼體出現(xiàn)裂紋以及過充電、過放電、過溫、過壓、過流是造成新能源汽車發(fā)生故障的主要因素。此要減少新能源汽車失效率，提高新能源汽車的可靠性，應重點從動力電池和其管理系統(tǒng)入手，從動力電池的設計研發(fā)、生產過程、使用維護以及實時監(jiān)測等各個環(huán)節(jié)均進行改善，以求降低失效率。表3-1新能源汽車故障模式及原因分析系統(tǒng)類型故障模式故障原因可能后果故障影響嚴重度類型頻率動力動力電池及其管理系統(tǒng)①極板硫化、短路、變形動力電池經常過放電，極板活性物質脫落，下部沉淀物質多汽車失去啟動能力，甚至電解液噴出一般0.18②電解液故障電解液含有雜質，不能及時補充汽車無法正常行駛，續(xù)航能力降低輕微0.30①動力電池漏液、動力電池變形、殼體出現(xiàn)裂紋工藝質量差，電解槽密封不夠，電池組一致性較差，殼體材料不當汽車無法行駛，甚至出現(xiàn)自燃嚴重0.32④過充電、過放電、過溫過壓、過流動力電池與管理系統(tǒng)匹配性較差，不能及時反饋電池組的物理狀態(tài)，電池組散熱較差電池組永久損害，無法充放電，甚至出現(xiàn)自燃嚴重0.20通過圖3-1可以看出，新能源汽車故障率較高的因素主要有以下幾項：單體電池成組一致性較差、電池組與整車系統(tǒng)匹配性低、可靠性試驗不夠＃格、ＢＭＳ系統(tǒng)落后、預防故障設計不足、產線工人的質量意識較低等因素是改善動力動力電池可靠性首先需要解決的；其中單體電池的一致性更是重中之重。除此之外原材料控制不嚴格和缺乏嚴格的行業(yè)標準對動力動力電池可靠性的影響也比較大．結合質量小組在動力動力電池生產各部門的走訪調查，ＢＢ公司新能源汽車動力動力電池生產各環(huán)節(jié)存在的影響其可靠性的問題具體如下：（１）動力電池的試驗條件較弱，不能準確模擬動力動力電池系統(tǒng)的作業(yè)環(huán)境，從而導致無法從根源發(fā)現(xiàn)動力電池的可靠性問題。（２）電池組預防故障設計不足，對于電池內短路、熱失控等缺乏冗余設計。（３）動力動力電池生產工藝落后，產線自動化程度低，從而動力電池的生產過程受人為因素影響較大，導致電池組一致性較差。（４）原材料控制不嚴格、工人質量意識不高以及產成品質檢寬松均導致動力電池故障率較高，性能差。（５）單體電池及電池組的各項指標采取國家標準（ＧＢ），某些指標要求不夠嚴格。（６）ＢＭＳ系統(tǒng)較落后，在動力電池工作過程中不能準確監(jiān)測和及時反饋動力電池的各項指標參數(shù)，并及時采取有效應對措施。4.長安型新能源汽車電池故障維護策略4.1減少引發(fā)熱失控的因素動力電池內部短路形成內部短路的機理有三種:第一，由于電解液中混入異物導致隔膜被刺破，從而引起正負極短路。為避免此種情形，在為動力電池注入電解液時嚴格控制作業(yè)環(huán)境，盡可能保持清潔，并在電解液注入端口安裝濾網，防止異物混入，除此之外對注入電解液的動力電池進行檢測，剔除混入異物的電池:第二，動力電池在過充電和低溫急速充電時，動力電池的石墨負極柱上會因為鏗電子洗出形成鏗金屬枝晶，從而也會導致電池內部短路，此種情形的應對辦法就是在正負極隔膜表面涂布陶瓷層，從而提高隔膜的機械強度和抗穿透能力;第三，至氣中的水分與鏗鹽反應會生成強腐蝕性的酸，溶解正極材料并在負極析出枝晶，導致短路。避免此種情形需要嚴格控制原材料的純凈度和動力電池制造環(huán)境的濕度，避免水分混入。4.2合理設計使用熱管理系統(tǒng)確保電池組內各水笙體電池都在適當并且盡可能相同的溫度內運行是避免熱失控的又一項舉措。目前BB公司生六的動力動力電池較多采用的風冷和液冷熱處理模式，雖然液冷方式較風冷具有換熱系數(shù)高、加熱/冷卻速度快等優(yōu)點，但依然存在散熱效果差、成本高等缺陷。為提高散熱效果，設計采用以變相材料為傳熱介質的散熱模式，所謂變相材料是指在特定溫度下可以發(fā)生相變并且能夠吸收和釋放熱量的物質。在石蠟中添加導熱能力強的其他物質，如石墨，制成復合PCM材料，用來包裹電池組，當動力電池的工作溫度上升到變相溫度時可以大量吸收潛熱，有效防止動力電池系統(tǒng)過熱，避免發(fā)生安全事故;除此之外，由于石蠟、石墨復合制成的PCM材料具有較強的抗拉、抗壓以及對內部爆裂的耐受性等機械特性，也在一定程上提高了動力動力電池系統(tǒng)的安全性能，從而提高其可靠性。結束語分析不同類型故障產生的原因，解決問題是保證動力電池使用功能，提高動力電池使用壽命的關鍵。只