北汽EU260 电池管理系统故障诊断分析

史成君

陕西国防工业职业技术学院 陕西省西安市 710300

1 前言

近年来，绿色环保的概念深入人心，所以新能源汽车已经成为了年轻人重视环保的一个非常好的选择。新能源汽车的主要组成部件和传统燃油车区别很大，传统车的主要部件为发动机、汽车底盘、变速箱、车身。而电动汽车则主要由动力电池、驱动电机、电子控制模块等组成。这其中电池管理系统的意义就非常重要了，它是电池控制的心脏。

随着市场上新能源汽车保有量越来越高，人们也就越发重视安全问题，由于电动汽车使用动力电池模组，电池如果不能安全正常的工作，可能会产生漏液、起火等不良现象。如何做好电池管理已经成为了全世界研究新能源汽车安全防护领域的一个重要课题。然而当前世界各国对于动力电池相关技术的研究进度差距较大，我国以比亚迪和宁德时代为主的厂家对于电池技术有很多核心技术，美国以特斯拉为首的电动汽车企业也有自家核心的动力电池生产和管理技术，消费者必须对产品有足够的信心才能心甘情愿购买，否则汽车产业将会止步不前。

在这样的背景下，发展动力电池系统故障诊断技术大有可为，动力电池系统故障诊断技术在未来将会更进一步与前沿科学融合。当前数据采集、图像处理、人工智能等技术的发展能够有效促进电动汽车诊断理论多元化、智能化、精准化。

2 北汽EU260 电池系统的结构组成

2.1 动力电池模组

动力电池一直以来都是制约电动汽车发展的关键因素，其性能提升和充放电控制策略是各国争相研究的主要课题，是直接关系到整车性能好坏和消费者认可与否的关键一环，当前大家普遍担心续航里程不足的问题，这就必须得依靠动力电池技术的发展而解决。

而动力电池的发展一方面要靠电池材料技术的突破，这一方面现在也是研究重点，很多新材料都被尝试做成电池，目前市面上比较成熟的还是锂电池，各种复合材料的锂电池构成了动力电池的主力军。除此之外，研究电池管理策略也非常必要，同样的电池模组，在不同的控制策略之下可能会对续航里程有截然不同的影响，所以，动力电池管理系统就应运而生。（图1）

图1 动力电池模组

2.2 电池管理系统

BMS 是电动汽车非常重要的一个系统，它主要是用来确保驾驶员的操作指令能够通过整车VCU 传给电池组，从而使得电池的放电策略能够符合电动汽车的行驶状态。比如在需要急加速的时候，驾驶员深踩加速踏板之后，BMS 需要控制电池模组提高放电速率加大电量供应，确保电动机短时间内迅速提高转速，以完成加速超车的行为动作；反之，如果驾驶员踩下刹车，则要进行制动能量回收，此时电动机起到一个发电机的效果，反向给电池模组充电。

BMS 的功能主要有以下几个方面：

①电池监控：监控电池的各种状态包括，电压，电流，温度等

②电池保护：根据数据来对电池提供必要的保护，让电池工作在一个安全的环境中。

③电池状态估计

④电池性能最大化。BMS 要通过对所有的数据分析，来指定不同的均衡策略，最终的目的就是确保各个单体电池在充电的时候尽量都充满，放电的时候尽量都放完。

⑤对用户或外部设备进行反馈。

BMS 按其组成性质可分为硬件和软件，其中硬件主要包括高压盒、主板、传感器和电线；软件主要功能包括检测电池各项主要指标、与MCU 和充电机进行通讯，控制电池充放电过程。

2.3 动力电池辅助元器件

2.3.1 预充继电器与电阻

为了实现精准控制和确保电路不出现故障，需要引入预充电路，使用一个预充继电器来进行预充回路的控制，可以有效起到限流的效果（图2）。

图2 预充继电器与电阻

2.3.2 电流传感器与保险

电流传感器主要用来测量母线的充、放电电流大小,并能够检测充、放电电流的高低。保险的主要作用是防止过流。

2.4 动力电池箱

电动汽车动力电池箱主要包括上盖和底座两部分，两者之间用螺钉连接形成一个整体。

3 BMS 的原理

3.1 动力电池管理系统的工作原理

纯电动汽车根据BMS 中控制器之间的拓扑关系，可以分为集成式和分布式两大类。

3.1.1 集成式BMS

集成式BMS 也称为一体式BMS，是指将BMS 主控制器(BMU)、绝缘检测、单体电池控制器(CMU)全部集中在一个控制器里，核心控制器直接完成数据采集、处理与控制功能。

这种架构整个通信过程集中在PCB 电路板内，模块间通信相对简单，在设计上可以节约成本、空间，可以显著降低BMS 成本。其主要缺点是：①连接器和线束复杂；②控制器的通用性受到一定限制，不利于电池系统模块化应用。

3.1.2 分布式BMS

当电池系统规模越来越大时，分布式的BMS 在应用中更为普遍分布式架构将BMS的功能划分到了主板BMU 与多个从板CMU中。

①星形连接(图3)

图3 星形连接结构

②总线连接

基于总线的系统架构容易实现模块化的设计，总线式架构的通信连接方式更为灵活，可扩展性强，极大地简化硬件架构的设计难度，实现了模块化，提高了系统的适用性和可移植性。其主要缺点就是成本相对较高。当前用于电池管理系统的总线普遍为CAN总线。

图4 总线连接结构

4 北汽EU260 BMS 的控制策略

4.1 低压控制上电策略

BMS 的控制策略对于电动汽车来说至关重要，它是控制整车上下电流程与方式的，一个好的控制策略可以让整车表现更加符合驾驶员的期待；不好的控制策略可能会使得驾驶员的驾驶意图不能被充分捕捉。该策略模块的主要作用就是明确了BMS 在低压、高压等各种情况下上电的条件，以及第一帧报文发送和初始化的具体要求。

（1）BMS 判断VCU 输出的“唤醒”信号为高电位，则被唤醒开始工作；

（2）BMS 判断整车状态为低压唤醒且VCU 输出的“唤醒”信号为高电位，初始化之后进入（3）；

（3）BMS 检测外围输入输出接口；如果出现故障首先上报，完成后BMS 自检计数器上报为1；若无故障，BMS 自检计数器上报为0；

4.2 高压上电流程

（1）低压上电完成后，BMS 检测整车状态进行高压诊断。高压诊断发现有故障则进行相应的处理上报流程，如果无故障则自检上报后进入流程（2）

（2）车辆状态为“高压系统预充电状态时”，BMS 控制继电器吸合，将预充继电器的状态设置为“闭合”。如果高压系统发现故障，则按照既定原则进行上报，如果无故障则自检上报数据为“1”。

5 电池管理系统故障及分析

5.1 内部故障

随着电动汽车的普及，消费者对于产品的要求也越来越高，所以动力电池模组必须能够满足续航里程的要求。基于此目的，动力电池包里面包含了许多个单体电池，它们串联或者并联起来，共同构成了电池组，但是每一块单体电池不可能保持完全一致，总会存在一些个体性差异。在车辆充电过程中，如果BMS 对于电池实时状态比如SOC 的估计不准确，或者说电池充电系统发生故障，则会使某些单体电池发生过充。

如果没有电池管理系统正确控制电池充放电，电池系统在老化以后会无法合理控制能量释放，有可能导致能量大量释放，从而引起起火。如果单一电池发生了起火，那么相邻的其他电池单元也会被点燃从而引发严重的热失控，最终导致动力电池模块起火爆炸，会进一步危害整车的安全。

5.2 外部故障

BMS 必须要有非常精准的温度电压电流数据的采集才可以要实现电压均衡、过流和欠压/过压保护及SOC 估计等功能。而实现这些功能需要一系列相关的传感器。如果传感器发生故障，其后果可能非常严重。

6 案例分析——北汽EU260 快充桩与车辆无法通讯

1.首先确保车辆本身状态正常，其次确保充电系统与北汽EU260 车辆匹配。

2.目测检查车辆快充接口各连接端子有无明显的物理损坏，如图5。

图5 车辆快充接口及各连接端子

3.检查快充枪，看是否存在明显的物理伤痕，包括端子处有短路烧蚀的痕迹，或者端子处有明显的生锈现象。如果没有以上明显的物理损坏，并且还是在充电的时候显示整车充电通讯故障，那么就需要用仪表对快充接口进行进一步的测量以锁定故障原因。

图6 车辆快充接口及各连接端子

测量快充口8 针与车身负极的阻值小于0.5Ω，如果测量8 针与接地线端子不导通则更换快充线束；如果8 针与接地阻值不符，可能是螺丝松动导致。测量4 针和7 针的电阻值是否为1000±50Ω，如果阻值与标准不符则更换快充线束。

4.检查确保充电枪和车身快充接口之间的连接没有问题，插接紧固，启动充电，判断充电唤醒信号是否正常，看仪表是否唤醒。

5.若未唤醒，则测量前机舱低压电器盒内的充电保险丝。如果保险丝电阻正常，则应该用万用表去测量电压值，没有电压的话应当断开充电枪；如果电阻不正常，说明保险丝损坏，则首先更换保险丝后再进行测试。

接下来进一步检查快充线束连接端子，看是否存在接触不良或者生锈退针等现象，若有问题则维修，没有问题则测量快充9 针和2 针是否导通，如不导通则更换快充线束，导通则继续测量。

6.测量3 针和搭铁点端子的阻值应小于0.5Ω，如果测量出来的结果与正常值不同，则应检查和更换线束。

7 结论

在当前形势下，节能环保成为全球各国共同关心的议题，清洁能源的大力推广是必然的，传统燃油车未来一定会逐渐淡出人们的视野，取而代之的新能源汽车将会成为主导汽车产业的新兴力量，而新能源汽车想要不断发展，必须依赖于清洁能源动力技术的不断突破。对于纯电动汽车来说，电池就是其核心技术之一，本文以北汽EU260 新能源车型为例，系统分析了新能源汽车电池管理系统的结构原理，并对常见故障类型和诊断方式进行了详细介绍，从多个角度对新能源汽车电池管理系统维修策略与诊断方式进行了阐述，本文对今后进行新能源汽车的电池管理系统的故障和诊断的方式和策略选取方面有一定的参考价值。