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【摘要】为了适应纯电动汽车电池技术发展给检测与诊断工作提出的要求，在分析纯电动汽车动力电池的工作原理及影响其工作状态因素的基础上，提出了基于单体电池和电池组温度、电压、电流、剩余电量、动态内阻的动力电池系统检测方法和使用的设备。针对纯电动汽车电池常出现的自行放电、充不进电、膨胀变形和电池组失压等故障，确定了动力电池系统故障判据，并进行了故障诊断。完善了纯电动汽车电池系统的检测与故障诊断体系。
【关键词】纯电动汽车；电池系统；电池检测；故障判据；故障诊断
一、引言
汽车检测与故障诊断分析是加强车辆技术管理的重要措施，是检查、鉴定车辆技术状况和维修质量的重要手段，是促进汽车维修技术发展，实现视情修理的重要保证。鉴于纯电动汽车在交通系统中将会占有越来越多的比重，纯电动汽车的检测与故障诊断分析也必将成为汽车检测行业的重要组成部分。动力电池是纯电动汽车的唯一动力源，也是最容易出故障的部分。因此，加速对纯电动汽车电池系统的检测与故障诊断分析技术的创新研究以及研发智能化检测设备，是纯电动汽车检测的发展趋势。
Singh[1]和王建军[2]分别采用模糊逻辑方法、神经网络方法估算了电动汽车剩余电量。李成学[3]检测了电池组工作时的端电压、电流和温度变化情况。张卫钢[4]提出了两种蓄电池内阻在线检测脉冲控制法。Affanni[5]、张巍[6]和贾利军[7]研究了电动汽车电池管理系统。但对纯电动汽车电池系统的检测与诊断体系的构建研究还有待进一步探索。本文以动力电池性能为切入点，确定了影响动力电池工作的因素，相应地提出了检测方法和设备。依据所测数据和常见故障现象，遵循故障判据进行故障诊断，完善了纯电动汽车检测与故障诊断体系。
二、纯电动汽车电池系统工作原理
（一）纯电动汽车电池系统的工作要求
纯电动汽车的电池系统自下而上由电池单体、电池模块和电池管理系统构成。纯电动汽车完全由可充电电池提供动力源，为电动汽车的驱动电动机提供电能，通过周期性的充电来补充电能。对各种车用蓄电池的性能汇总，如表1所示。
（二）纯电动汽车电池工作状态影响因素
纯电动汽车的运行是一个复杂的能量转换过程，电池放电时的电流会随着纯电动汽车的实际运行状况的不同而发生很大变化，电压亦有一定的波动。长时间运行时，蓄电池的温度会升高，而温度是电池内部化学反应的催化剂，温度高使电池反应加剧，其电压也会发生较大的变化。电阻随时间、温度和电流而变化，因此测得的阻抗只对具体测量状态有效。对电池工作状态影响因素的分析见表2。
三、动力电池系统检测
（一）动力电池系统检测方法
动力电池系统检测方法如图1所示。
从图中知，电压检测是通过逻辑控制单元，控制高压开关阵列的通断来采样电池组电压，电压信号经过线性隔离和放大单元之后输入到中央处理器。电流检测：电流经可调电阻后转换为电压信号，经过单向模数转换器将电压提高到0V以上，后端放大器是反相器，由加法器得到地负电压转换为正电压，并起到放大功率的作用。最终将信号变为标准信号进入转换器。温度检测：采用增强型单总线数字温度传感器，传感器直接贴于电池外壳上。电阻检测：以小振幅的正弦波电位为扰动信号检测电池内阻。
（二）动力电池系统检测设备
纯电动汽车动力电池使用时，须在合理电压、电流、温度范围内工作，所以纯电动汽车上动力电池需要有效管理。对纯电动汽车电池实施管理的具体设备是电池管理系统（Battery Management System）。电池管理系统对于电池组的安全、优化使用和整车能量管理策略的执行都是必要的。电池管理系统的功能，如图2所示。
数据采集是电池管理系统的最基础功能。安全管理指电池管理系统在电池组的电压、电流、温度、电池荷电状态等出现不安全状态时给予及时报警并进行断路等紧急处理。能量管理是指对电池组充放电过程的控制，包括对电池组内单体或模块进行电量均衡。
四、动力电池系统故障诊断
（一）动力电池系统故障判据
对一般纯电动汽车电池系统的故障判据，汇总如表3所示：
（二）动力电池系统故障诊断
1）自行放电：检查蓄电池外部是否清洁，特别是蓄电池盖上是否有污物堆积。检查导线有无搭铁，短路之处。检查时可关断各用电设备，拆下蓄电池一个接线柱上的导线，将线端与接线柱划碰试火。若有火花，应逐段检查有关导线，找出搭铁之处；若无火花，说明故障在蓄电池内部。
2）充不进电：根据故障现象与其使用情况综合分析做出判断，若蓄电池使用了一年以上，出现上述现象，一般为蓄电池以劳损衰竭，应换用新件。若电解液浑浊，一般为极板上的活性物质脱落所致，应换用新蓄电池。
3）膨胀变形：检查充电器电压和电流，判断输出是否正常，视情更换充电器；充电时若电池发热，则说明电池缺水，需要对电池补充蒸馏水或者专用电池补充液。
4）电池组失压：检测动力电池组的电压状况。
五、小结
纯电动电池系统的检测与故障诊断工作提高了纯电动汽车的安全性和运行可靠性。本文分析了纯电动汽车动力电池的性能参数和工作要求，结合动力电池系统的组成部分，确定出其工作状态影响因素集合。并相应地构建了电池系统检测方法体系，完善了检测设备功能。最后依据设备选择对应故障判据，对动力电池系统常见的四种故障进行了诊断分析。
参考文献
[1]Singh P， Fennie C， Reisner J.A Fuzzy Logic Approach to State-of-Charge Determination in High Performance Batteries with Application to Electric Vehicles[CD]. Brussels Belgium： EV， 1998.
[2]王建军，马树才，张春梅.基于忆阻神经网络的锂电池检测技术研究[J].电源技术研究与设计，2014，38（11）：2044-2046.
[3]李成学，杨大柱.电动汽车蓄电池组电池管理及其状态检测[J].电源技术测试与分析，2010，34（1）：80-83.
[4]张卫钢，张维峰，任卫军，边耀璋.电动汽车蓄电池内阻脉冲控制检测方法[J].交通运输工程学报，2007，7（6）：36-40.
[5]A.Affanni， A.Bellini， G Franceschini. Battery choice and management for new generation electric vehicles[J].Industrial Electronics， IEEE Transactions， 2005， 52（1）：1343-1349.
[6]张巍.纯电动汽车电池管理系统的研究[D].北京：北京交通大学硕士论文，2008
[7]贾利军，张亚梅.电动汽车电池管理系统研究[J].中小企业管理与科技，2014（25）：239-240.
【关键词】纯电动汽车；电池系统；电池检测；故障判据；故障诊断
一、引言
汽车检测与故障诊断分析是加强车辆技术管理的重要措施，是检查、鉴定车辆技术状况和维修质量的重要手段，是促进汽车维修技术发展，实现视情修理的重要保证。鉴于纯电动汽车在交通系统中将会占有越来越多的比重，纯电动汽车的检测与故障诊断分析也必将成为汽车检测行业的重要组成部分。动力电池是纯电动汽车的唯一动力源，也是最容易出故障的部分。因此，加速对纯电动汽车电池系统的检测与故障诊断分析技术的创新研究以及研发智能化检测设备，是纯电动汽车检测的发展趋势。
Singh[1]和王建军[2]分别采用模糊逻辑方法、神经网络方法估算了电动汽车剩余电量。李成学[3]检测了电池组工作时的端电压、电流和温度变化情况。张卫钢[4]提出了两种蓄电池内阻在线检测脉冲控制法。Affanni[5]、张巍[6]和贾利军[7]研究了电动汽车电池管理系统。但对纯电动汽车电池系统的检测与诊断体系的构建研究还有待进一步探索。本文以动力电池性能为切入点，确定了影响动力电池工作的因素，相应地提出了检测方法和设备。依据所测数据和常见故障现象，遵循故障判据进行故障诊断，完善了纯电动汽车检测与故障诊断体系。
二、纯电动汽车电池系统工作原理
（一）纯电动汽车电池系统的工作要求
纯电动汽车的电池系统自下而上由电池单体、电池模块和电池管理系统构成。纯电动汽车完全由可充电电池提供动力源，为电动汽车的驱动电动机提供电能，通过周期性的充电来补充电能。对各种车用蓄电池的性能汇总，如表1所示。
（二）纯电动汽车电池工作状态影响因素
纯电动汽车的运行是一个复杂的能量转换过程，电池放电时的电流会随着纯电动汽车的实际运行状况的不同而发生很大变化，电压亦有一定的波动。长时间运行时，蓄电池的温度会升高，而温度是电池内部化学反应的催化剂，温度高使电池反应加剧，其电压也会发生较大的变化。电阻随时间、温度和电流而变化，因此测得的阻抗只对具体测量状态有效。对电池工作状态影响因素的分析见表2。
三、动力电池系统检测
（一）动力电池系统检测方法
动力电池系统检测方法如图1所示。
从图中知，电压检测是通过逻辑控制单元，控制高压开关阵列的通断来采样电池组电压，电压信号经过线性隔离和放大单元之后输入到中央处理器。电流检测：电流经可调电阻后转换为电压信号，经过单向模数转换器将电压提高到0V以上，后端放大器是反相器，由加法器得到地负电压转换为正电压，并起到放大功率的作用。最终将信号变为标准信号进入转换器。温度检测：采用增强型单总线数字温度传感器，传感器直接贴于电池外壳上。电阻检测：以小振幅的正弦波电位为扰动信号检测电池内阻。
（二）动力电池系统检测设备
纯电动汽车动力电池使用时，须在合理电压、电流、温度范围内工作，所以纯电动汽车上动力电池需要有效管理。对纯电动汽车电池实施管理的具体设备是电池管理系统（Battery Management System）。电池管理系统对于电池组的安全、优化使用和整车能量管理策略的执行都是必要的。电池管理系统的功能，如图2所示。
数据采集是电池管理系统的最基础功能。安全管理指电池管理系统在电池组的电压、电流、温度、电池荷电状态等出现不安全状态时给予及时报警并进行断路等紧急处理。能量管理是指对电池组充放电过程的控制，包括对电池组内单体或模块进行电量均衡。
四、动力电池系统故障诊断
（一）动力电池系统故障判据
对一般纯电动汽车电池系统的故障判据，汇总如表3所示：
（二）动力电池系统故障诊断
1）自行放电：检查蓄电池外部是否清洁，特别是蓄电池盖上是否有污物堆积。检查导线有无搭铁，短路之处。检查时可关断各用电设备，拆下蓄电池一个接线柱上的导线，将线端与接线柱划碰试火。若有火花，应逐段检查有关导线，找出搭铁之处；若无火花，说明故障在蓄电池内部。
2）充不进电：根据故障现象与其使用情况综合分析做出判断，若蓄电池使用了一年以上，出现上述现象，一般为蓄电池以劳损衰竭，应换用新件。若电解液浑浊，一般为极板上的活性物质脱落所致，应换用新蓄电池。
3）膨胀变形：检查充电器电压和电流，判断输出是否正常，视情更换充电器；充电时若电池发热，则说明电池缺水，需要对电池补充蒸馏水或者专用电池补充液。
4）电池组失压：检测动力电池组的电压状况。
五、小结
纯电动电池系统的检测与故障诊断工作提高了纯电动汽车的安全性和运行可靠性。本文分析了纯电动汽车动力电池的性能参数和工作要求，结合动力电池系统的组成部分，确定出其工作状态影响因素集合。并相应地构建了电池系统检测方法体系，完善了检测设备功能。最后依据设备选择对应故障判据，对动力电池系统常见的四种故障进行了诊断分析。
参考文献
[1]Singh P， Fennie C， Reisner J.A Fuzzy Logic Approach to State-of-Charge Determination in High Performance Batteries with Application to Electric Vehicles[CD]. Brussels Belgium： EV， 1998.
[2]王建军，马树才，张春梅.基于忆阻神经网络的锂电池检测技术研究[J].电源技术研究与设计，2014，38（11）：2044-2046.
[3]李成学，杨大柱.电动汽车蓄电池组电池管理及其状态检测[J].电源技术测试与分析，2010，34（1）：80-83.
[4]张卫钢，张维峰，任卫军，边耀璋.电动汽车蓄电池内阻脉冲控制检测方法[J].交通运输工程学报，2007，7（6）：36-40.
[5]A.Affanni， A.Bellini， G Franceschini. Battery choice and management for new generation electric vehicles[J].Industrial Electronics， IEEE Transactions， 2005， 52（1）：1343-1349.
[6]张巍.纯电动汽车电池管理系统的研究[D].北京：北京交通大学硕士论文，2008
[7]贾利军，张亚梅.电动汽车电池管理系统研究[J].中小企业管理与科技，2014（25）：239-240.