电动汽车维护与检修模块11检修动力电池系统

项目十一 检修动力电池系统电动汽车维护与检修检修篇-电动汽车维护项目引入王先生的北汽新能源EV200电动汽车无法启动，但仪表盘可以显示，仪表盘上的动力电池故障指示灯、整车系统故障指示灯、高压断开指示灯亮起，SOC指示灯闪烁。思考：电动汽车无法启动的原因很多，根据仪表盘故障指示灯的显示情况可否对故障原因进行初步判断？对于此类故障，应如何检修呢？CONTENTS动力电池系统概述01.动力电池系统故障分级02.动力电池系统常见故障分析03.PART 01动力电池系统概述1.1动力电池系统的基本结构动力电池系统是电动汽车的动力源，其主要由动力电池箱、动力电池模组、BMS和辅助元器件等组成，如图11-1所示。图11-1 动力电池系统的组成1.1动力电池系统的基本结构 动力电池箱：用于支撑、固定和包围动力电池系统，主要由上盖、下托盘、下托盘压条螺栓、正负极引出插孔、采集线接口、维修开关、动力电池标识等组成。动力电池模组：用于存储和提供电能，由多个电池单体并联组成电池模块，再由多个电池模块串联组成电池模组。BMS：主要用于检测电池单体的电压、电流和电池模组的总电压、总电流，控制电池充放电，防止过充电和过放电。BMS主要由主板、从板、高压板、采集线等组成。辅助元器件：有继电器、预充电阻、熔断器、电流传感器、温度传感器、动力电池的内部线缆和高低压插接件等。1.2动力电池系统的工作原理动力电池系统首先接收和存储由外置充电装置和制动能量回收装置提供的电能，然后通过高压配电装置为驱动电机、空调压缩机、PTC加热器等用电设备提供电能。动力电池模组放置在密蔽的动力电池箱内，通过高压插接件与高压控制盒相连，输出高压直流电；MCU将直流电转变为三相交流电，为驱动电机供电；BMS实时采集动力电池的电压、电流、温度等数据，监控动力电池的工作状态，并通过CAN总线与VCU和车载充电机进行通讯，对动力电池系统的充放电进行综合管理。PART 02动力电池系统故障分级2.0动力电池系统故障分级动力电池系统是电动汽车的重要组成部分，若该系统发生故障会直接影响电动汽车的使用。按照故障对整车影响程度的不同，动力电池系统故障可分为三个等级，如表11-1所示。表11-1 动力电池系统故障分级2.0动力电池系统故障分级表11-1 动力电池系统故障分级（续）PART 03动力电池系统常见故障分析3.1动力电池故障0103电池拉弧动力电池箱体外观异常电池导向柱外观异常021外观异常3.1动力电池故障0103电池过充电电池过放电电池单体电压一致性差022电压异常3.1动力电池故障0103动力电池温度过高电池单体之间温度不均衡动力电池升温过快023温度异常3.2BMS故障1CAN总线通信故障CAN总线或电源线脱落、端子退针等都会导致CAN总线通信故障。在保证BMS供电正常的状态下，将万用表调至直流电压挡，红表笔触碰CAN总线内部CAN-H端，黑表笔触碰CAN总线内部CAN-L端，测量通信线路内部CAN-H与CAN-L之间的电压，该电压即为通信线路的输出电压。正常输出电压为1.5V，若电压异常，则可判定为CAN总线通信故障，应检查CAN总线和BMS。3.2BMS故障（1）BMS电源线上的电压异常。2BMS无法连接（2）BMS电源线上的电压正常，但无法通信。（3）插接件退针或损坏。（4）BMS主板故障。3.2BMS故障图11-3 BMS主板3.2BMS故障（1）动力电池欠电压。3电压采集异常（2）采集线端子紧固螺栓松动或采集线与端子接触不良。（3）采集线熔断器损坏。（4）BMS从板检测异常。3.2BMS故障（1）温度传感器失效。4温度采集异常（2）温度传感器线束连接不可靠。（3）BMS存在硬件故障。（4）更换BMS从板后未重新加载电源。3.2BMS故障 5绝缘故障动力电池系统线束的插接件内芯与外壳短接、高压线破损后与车体短接、电压采集线破损后与动力电池箱体短接等原因，均会导致动力电池绝缘故障。对于此类故障，应根据具体现象进行相应的检修，具体如下。图11-4 检测高压线束的绝缘电阻值3.2BMS故障0103050204高压负载漏电。动力电池箱进水或电池电解液泄漏。高压板故障。电压采集线破损。高压线或插接件绝缘破损。3.2BMS故障 6电池内部总电压检测故障导致电池内部总电压检测故障的原因包括：采集线与端子间松动或脱落，导致总电压采集故障；固定螺栓松动导致拉弧和总电压采集故障；高压连接器松动导致拉弧和总电压检测故障；维修开关被按下导致总电压采集故障等。实际检测过程中，应针对以下现象分别进行检修。（1）总电压采集线两端端子连接不可靠。（2）高压回路连接异常。（3）高压板故障。3.2BMS故障 7预充电故障导致预充电故障的原因有：总电压采集端子松动脱落导致预充电故障；BMS主板控制线无12 V电压导致预充电继电器不闭合；预充电电阻值损坏导致预充电失败等。结合实际故障现象，可按以下情况分别进行检修。（1）外部高压部件故障。（2）BMS主板无法闭合预充电继电器。（3）主熔断器或预充电阻损坏。（4）高压板外部总电压检测故障。3.2BMS故障 8无法充电动力电池无法充电故障大致包括下列两种情况：一是插接件两端的CAN总线端子退针或脱落，导致BMS与车载充电机无法通信，从而导致动力电池无法充电；二是充电熔断器损坏，导致充电回路断开，从而导致动力电池无法充电。对于此类故障，可从以下几个方面进行检修。（1）车载充电机与BMS未正常通信。（2）车载充电机或BMS故障不能正常启动。（3）BMS检测到故障，不允许充电。（4）充电熔断器损坏，无法形成充电回路。3.2BMS故障 9电流显示异常动力电池系统连接线束的端子脱落或固定螺栓松动、端子或固定螺栓表面氧化均会导致电流显示异常。出现此类故障时，应检查电流采集线的连接情况，具体如下。（1）电流采集线未正确连接会导致电流正负颠倒，应重新连接或更换电流采集线。（2）电流采集线连接不可靠。首先确定高压回路有稳定电流，当监控电流波动较大时，检查分流器两端的电流采集线，发现有螺栓松动的应立即进行紧固。（3）端子表面有氧化现象。首先确定高压回路有稳定电流，而当监控电流远低于实际电流时，检查端子或螺栓表面是否有氧化层，如有，则对其表面进行处理。（4）高压板电流检测异常。断开维修开关后，若监控电流值在0.2A以上，则表明高压板电流检测异常，应更换高压板。3.2BMS故障 10高压互锁故障检修高压互锁故障时，应打开点火开关ON挡，测量高压互锁装置是否有高压输入，检查各端子是否插接牢靠，并测量驱动端是否有12V电压。高压互锁故障可分为以下三类。（1）DC/DC变换器（见图11-6）故障。测量DC/DC变换器高压输入接头，当点火开关位于ON挡时是否有短时高压，如有，则为DC/DC变换器故障，应将其更换，然后重新检查。（2）DC/DC继电器的端子插接不牢靠。检查继电器高、低压端子的连接情况，如有连接不牢靠的，应将其插接牢靠。（3）BMS主板或从板故障导致DC/DC继电器不闭合。测量DC/DC继电器的电压驱动端，若将点火开关置于ON挡后短时间内无12V电压，则更换BMS主板或从板，然后重新检查。3.2BMS故障图11-6 DC/DC变换器项目实施 一、工作准备（1）学生以35人为一组进行分组，各组准备电动汽车动力电池系统的连接线路图、插接件接线端子分布图、常见故障现象及检修方法等资料。（2）结合项目导入中北汽新能源EV200电动汽车的故障现象，老师通过电动汽车教学平台或实车平台设置某节电池单体电压过低故障，各组学生针对该故障完成检修作业。项目实施 二、实施内容 （一）初步检查（1）连接诊断仪，读取BMS的故障码。（2）通过上位机读取BMS和动力电池各模块的数据流信息，分析数据流是否正常。（3）用上位机检查数据异常的电池单体电压，与相邻电池单体的电压进行比较，查看是否一致。（4）通过维修手册查找动力电池分布图，找出故障电池单体所属电池模块及其实际位置。项目实施 二、实施内容 （二）拆卸动力电池模组及动力电池模块（1）关闭电动汽车的点火开关，拔下钥匙。（2）断开低压蓄电池负极电缆。（3）断开维修开关。（4）举升车辆，如图11-7所示；当升至所需高度时，锁止举升机安全锁。（5）拆下动力电池总正极、总负极和低压端口的线束插接件，如图11-8所示。项目实施图11-7 举升车辆图11-8 动力电池线束插接件项目实施 二、实施内容 （二）拆卸动力电池模组及动力电池模块（6）使用动力电池举升车（见图11-9），当举升车上升至接触到动力电池底部时锁止举升车。（7）拆卸动力电池箱固定螺栓（见图11-10），并将其放置在指定位置。（8）拆除所有固定螺栓后，动力电池模组由举升车承载，此时降下举升车，将动力电池模组移至合适位置。（9）根据诊断仪显示的动力电池故障电芯采集点，对照电芯位置示意图确定故障电芯位置及需要拆卸的动力电池模块。项目实施图11-9 动力电池举升车图11-10 动力电池箱固定螺栓项目实施 二、实施内容 （二）拆卸动力电池模组及动力电池模块（10）剪断动力电池模块连接线束端部用于固定护套的扎带；用六角扳手拆下固定螺栓，然后取下平垫、弹垫、端部护套，将其放置于指定位置。拆下的线束端部用绝缘胶带进行防护，如图11-11所示。（11）拆卸故障电芯所在模块上的采集单元及连接线束（见图11-12），用绝缘胶带将线束固定，以免后续操作中误碰。（12）拆卸动力电池模块压板，将动力电池模块移出箱体，放置于指定位置。项目实施图11-11 绝缘胶带防护图11-12 拆卸动力电池模块的采集单元及连接线束项目实施 （三）更换电池单体（1）将故障电池单体的上盖拆下，拆下采集线。（2）卸下电池单体的连接排紧固件，取下连接排，将连接排、弹垫、平垫放置于指定位置。（3）依次将故障电芯的下护套、上护套拆下，拔出连接片。（4）标记故障电芯的条码、故障现象、更换时间等信息，并将其放置于返修容器中，以备返厂维修。项目实施 （三）更换电池单体（5）安装新电芯的上下护套，如护套有损伤，应先更换新护套，再安装电芯。安装时应使电芯与护套紧密贴合，不发生相互移动。（6）将安装好护套的电芯安装到动力电池模块内。（7）安装连接排，使其与电芯极柱紧密贴合，用防松胶对紧固件进行加固。（8）将采集线固定到连接排上，用防松胶对紧固件进行加固；用导热硅胶将温度采集线安装到指定安装孔内；用热熔胶将采集线线体固定到电芯护套上。项目实施 （四）安装动力电池模块及动力电池模组安装动力电池模块及动力电池模组，其方法与拆卸方法相反。安装好动力电池模组后，检查动力电池能否正常运行，方法如下。（1）将点火开关置于START挡后松手，点火开关自动回到ON挡，检查仪表盘动力电池故障指示灯是否亮起。如故障指示灯不亮，则说明动力电池已恢复正常；否则，进行以下检查。（2）使用诊断仪检测VCU，查看有无故障码。如无故障码，说明该车故障已排除；如有故障码，则应根据故障码信息进行相应的检查。项目实施图10-10 VCU电源电路项目实施 三、项目评价请老师按照学生的实际表现情况进行评价，并将评价结果填入表11-2中。项目实施表11-2 项目评价表项目实施表11-2 项目评价表（续）谢谢