北汽福田汽车股份有限公司工程研究总院 北京 102206
摘要：随着新能源电动车的逐渐普及，电动车的高故障率及安全事故引发广泛关注，动力电池技术是电动汽车最为关键的技术，在新能源电动车的故障中，动力电池的故障也是主要组成部分，动力电池系统在使用或存储过程中常出现某些失效现象，严重降低了动力电池系统的使用性能、一致性、可靠性、安全性。动力电池系统的故障诊断、失效分析及状态监测是电池应用技术是重要组成部分，对失效现象正确的分析除了对电池系统性能的提升和技术改进有着重要的作用，同时有效的分析方法可对市场运行的动力电池数据进行性能趋势的分析，安全事故的提前甄别，降低动力电池事故发生的风险。
本文综述了新能源电池车的故障诊断方法及动力电池系统在使用过程中常见故障及其失效模式，以电池的故障现象为起点，判断故障起因，利用有效的诊断及数据分析方法，区分即时故障与趋势故障，进而期待形成有效的失效分析流程，完成电池异常预测。
关键词：新能源电动车: 动力电池系统:故障诊断
引言
新能源技术已成为行业技术发展趋势之一，新能源技术及模块的成熟度、管理及服务等全链条体系的完善性以及新能源汽车的安全性都将影响新能源汽车后补贴时代的市场竞争力，而动力电池作为新能源汽车的核心部件，其安全性直接决定了新能源汽车的安全性。
随着新能源汽车的投放量不断增加，对降低新能源汽车故障率及提高动力电池的安全性提出更高的要求，动力电池事故为新能源汽车事故主要组成部分，为避免其性能衰减及安全问题，及时开展日常维护、常规故障排除及失效分析势在必行。
一、新能源系统故障诊断
新能源汽车的故障诊断过程包括两个环节，即故障问题的“诊”及故障原因的“断”，以新能源汽车故障检测的现状来看，故障在“诊”的过程中，不仅是一个简单的检测过程，而是一个综合的测试过程，在“诊”的过程中检测并判断车辆参数综合评定是否符合相关性能参数的设定，不仅需要进行定性的分析还需要进行定量分析，新能源系统的故障不同于机械故障更多体现在于其性能检测多为功能性动态检测，需改变系统状态进行对比试验，发现系统故障与诊断参数之间的联系，从而完成结果分析，做出故障产生机理与故障现象特征之间的联系的理论分析。
1.故障诊断方式
故障诊断需根据其故障类型借助相应检测工具或是采集故障数据，对检测及运行数据进行分析，从而对故障进行判定。
对于市场运行车辆出现故障，作为故障排除的现场维修人员同样需要学会对车辆的“望、闻、问、切”，可按以下几点常用方法来执行：
1）“听”：详细听取驾驶员反映故障发生的时间、运行的情况、出现故障的前后情况，对故障做好相应记录。
2）“看”：查看各部件的信息，看是否存在故障符号或者文字说明。
3）“测”：用万用表测试各部件正常工作的电压及低压供电是否存在异常。
4)“逆推”：在处理故障之前，先结合故障现象，分析造成这些故障的原因，就是从现象中逆推找出问题的关键，集中突破；
5)“对比”：调换元件或者同车型数据对比来分析问题，该方法适用于处理棘手问题时的对策。
对于市场无法通过常用方法判定的故障，则需要对故障数据进行采集，由技术人员分析数据异常点，关联问题原因进行排除。
2.故障分级
新能源汽车应满足电动汽车特殊危险方面的功能安全措施和故障防护的要求[1][2][3]，车辆运行按照车辆的控制策略执行，出现的故障划分为3个等级，并根据故障等级的严重程度车辆会出现不同的反应机制。
新能源汽车各类别故障分别根据相应性能参数的设定设置不同等级的故障[4]，以保障车辆在非正常状态下得到报警提示或检修提醒，甚至断电保护。
二、动力电池故障原因分析及汇总
1.动力电池常见故障
动力电池故障为新能源汽车最为常见的故障问题之一，由于新能源汽车以动力电池作为主要的动力来源，车辆在长时间的运行中，动力电池的故障率会随之增高，如管理系统、线路、易损附件以及单体电池故障等等，目前电动汽车常见的故障有过压、欠压、过温、SOC跳变，一致性差、绝缘等故障。
电池故障的出现都会在一定程度上影响电池的有效寿命，并随着时间积累导致电池的长期安全隐患，同时影响整车性能，如电池故障频繁发生也说明电池系统存在潜在安全风险。
2.故障原因分析汇总
新能源汽车，尤其是动力电池的应用技术仍处于不断完善的发展阶段，汽车后市场及用户对其新技术的普及与认知仍存在局限性等多方面因素，因而在市场上出现的新能源故障存在多种成因。通过对动力电池常见故障的诊断分析，故障的成因主要体现在：日常维护保养不及时或操作不规范、硬件或功能失效故障、制造工艺问题、产品成熟度不足导致的设计本身缺陷、实际工况下电池系统性能变化趋势预期不足等方面。
1)日常维护保养不及时与操作不规范
新能源汽车与传统能源车辆由于其能源形式与动力体系的不同，必然在驾驶操控与日常维护保养方面与传统能源存在一定的差异，用户在使用与维护保养方面的认知速度远未赶上新能源汽车的推广进度，从而在车辆使用过程中，经常出现由于维护保养不及时、不正确等因素导致的车辆事故或新能源部件故障，比较常见的有：
♢动力电池未定期进行充放电循环与定期检查，导致动力电池压差增大甚至过放；
♢高SOC状态长时间停放导致安全性降低，自燃概率增大；
♢用车期间未进行满充等修正SOC等措施，导致SOC误差过大产生跳变。
2)成熟度欠佳导致的缺陷
由于新能源汽车市场应用历史尚短，发展阶段新产品在推广过程中偶尔存在对运行需求、工况等条件考量不周，对产品实际工况性能认知不足导致的设计缺陷：
♢硬件选型、模块功性能分析失效；
♢SOC估算精度、功率控制策略、热管理设计方案、抗干扰评估等存在误差；
♢制造工艺不成熟。
3)性能趋势预期及分析程度不足
对于动力电池实际工况的性能变化趋势分析不同于实验室测试数据，需要数据积累与分析，前期产品或新产品的趋势评估不够精确。电池寿命、容量衰减、内阻、一致性等实际运行工况下的性能趋势分析不足，有待更深层次的数据收集与分析。
三、安全防控
由于新能源车辆的投放量不断增加，如何降低新能源车辆的故障率，防止动力电池冒烟、起火、爆炸等极端事故的发生逐渐引起广泛关注，新能源车辆在运行过程中，不仅需要对实时故障的及时监控与处理，同时需要了解电池的性能变化趋势，做到提前预警，防患于未然。
对于动力电池安全防控可充分车联网数据，利用智能网联技术，有效监控动力电池风险，基于电池风险状态，及时分析或预测风险，快速采取问题识别、反馈、处理等措施，降低由此引起事故，并不断提升产品功性能。
♢监控用户用车状态，针对具体使用情况，定期提醒正确维护保养及使用规范。
♢综合故障报警类别与频次，预测失效风险，排除安全隐患。
♢结合故障分析方法，制定数据分析策略模型，预测电池衰减、热失控、实现风险预警。
结束语：
随着新能源汽车的投放量不断增加，对降低新能源汽车故障率及提高动力电池的安全性提出更高的要求，动力电池作为新能源汽车主要组成部分，为避免其性能衰减及安全问题，及时开展日常维护、常规故障排除及失效分析势在必行。动力电池安全性的基础是实现对电池状态的精确监控，要求承担电池状态监控任务的电池管理系统及整车控制系统能够及时、准确反映电池异常报警，同时需要车联网平台具备动力电池大数据的电池故障分析及安全预警能力。有效降低动力电池故障率、提高其安全性，首先以故障现象为起点，分辨故障原因，判断故障起因，区分即时故障与趋势故障，利用有效的诊断及数据分析方法，进而期待形成有效的失效分析流程，完成电池异常预测。
参考文献：
[1]宋丙雨,郎华等主编,《纯电动汽车高压电故障诊断与安全管理策略研究》，重庆交通大学学报（自然科学版）,2010,29(5):804-805.
[2] GB/T 18384.2-2015 电动汽车 安全要求 第2部分 功能安全和故障防护.中国标准出版社,2015.
[3] 杨锦林,《新能源汽车的故障问题与维修技术探讨》,时代汽车,2019(3)：192-193.
[4]GB/T 32960.3-2016 电动汽车远程服务与管理系统技术规范 第3部分：通信协议及数据格式. 中国国家标准化管理委员会，2016.