《國規(guī)新能源汽車整車控制系統(tǒng)檢修（第2版）》教案 第6課 整車控制系統(tǒng)功能測試（二）

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課題整車控制系統(tǒng)功能測試（二）課時2課時（90min）教學目標知識目標：（1）掌握整車上下電控制及測試方法（2）了解能量管理系統(tǒng)技能目標：能夠完成整車上電測試素質目標：（1）關注行業(yè)資訊，提高工作熱情和職業(yè)素養(yǎng)（2）學習楷模事跡，培養(yǎng)勤奮進取和不斷學習的精神教學重難點教學重點：掌握整車上下電、能量管理的控制策略教學難點：能夠完成整車上電測試教學方法任務引入法、問答法、討論法、實踐操作法教學用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學設計第1節(jié)課：傳授新知（28min）課堂討論（10min）第2節(jié)課：實踐操作（35min）拓展閱讀（5min）

課堂小結（3min）作業(yè)布置（2min）教學過程主要教學內容及步驟設計意圖第一節(jié)課課前任務【教師】布置課前任務，和學生負責人取得聯系，組織學生下載“任務工單——整車上電測試”，并根據任務工單進行組內分工，同時提醒同學通過文旌課堂APP或其他學習軟件，收集整車上下電測試與能量管理的相關資料，并進行了解【學生】提前上網觀看相關資料，熟悉教材通過課前的預熱，讓學生了解所學課程的大概內容，激發(fā)學生的學習欲望考勤（2min）【教師】使用文旌課堂APP進行簽到【學生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學生的組織紀律性，掌握學生的出勤情況任務引入（5min）【教師】講述“小李車輛異?！钡陌咐?，然后提出以下問題：（1）打開啟動開關的時候，卻發(fā)現車輛沒有任何反應的原因可能有哪些？（2）車子出現異常，可以自行解決嗎？【學生】聆聽、思考、舉手回答通過與本任務相關的案例引出任務，激發(fā)學生的學習興趣，讓學生帶著相關背景去探索新知識傳授新知（28min）【教師】通過大家的發(fā)言，引入新知，講解整車上下電控制、測試方法及能量管理系統(tǒng)2.2.1整車上下電控制及測試方法簡單來說，整車上下電過程就是整車控制器（VCU）協調各控制單元，使各控制單元按順序接通或斷開低壓控制信號（使動力電池接通或斷開正極、負極接觸器），完成車輛的啟動或熄火，并在此過程中完成整車控制器與各控制單元之間的信息交互和故障檢測。1．整車上下電控制策略如圖所示為新能源汽車高壓系統(tǒng)結構簡圖。由圖可知，新能源汽車整車上下電控制策略為：電池管理系統(tǒng)控制動力電池正極接觸器K1和負極接觸器K2的通斷，實現動力電池向外供電與停止供電；整車控制器控制主接觸器K3和預充接觸器K4的通斷，實現車輛的上電與下電?！局R鏈接】拓展知識面【教師】講述上電前需要進行預充電控制的原因為緩解高壓對動力電池的沖擊，以及避免上電電流過大而燒壞主接觸器和驅動電機電容的危險，車輛在上電前需要進行預充電控制。只有整車控制器接收到預充電成功信號后，上電才能成功?！緦W生】聆聽、思考2．整車上下電流程整車上下電流程如圖所示。1）整車上電流程（1）當車輛擋位處于N擋時，打開啟動開關（置于ON位），車輛開始高壓上電檢測，若高壓上電正常（Y），則進入下一步；否則（N），結束高壓上電。（2）判斷當前車輛的工作模式，整車控制器（VCU）進行初始化。①若整車控制器判定車輛處于驅動模式，完成初始化（Y），然后進入下一步。②若整車控制器判定車輛處于充電模式（充電口連接充電槍時），整車控制器無法完成初始化（N），直接下電。（3）在運行模式下，整車控制器接通電機控制器、低壓接觸器、空調控制面板、PTC低壓接觸器，喚醒動力電池系統(tǒng)，開始低壓上電。（4）車輛進行低壓自檢，同時電池管理系統(tǒng)（BMS）完成初始化和自檢。自檢完成（Y）后，自檢計數器由“0”置為“1”并發(fā)送至整車控制器，整車控制器閉合動力電池負極接觸器；若無法完成自檢（N），則進行高壓下電檢測。（5）若負極接觸器閉合（Y），電池管理系統(tǒng)將進行高壓檢測；若負極接觸器無法閉合（N），則進行高壓下電檢測。高壓下電檢測成功則車輛重新開啟低壓自檢；否則，進行部件存檔、低壓下電和整車控制器下電。（6）若電池管理系統(tǒng)高壓檢測完成（Y），自檢計數器置“2”并發(fā)送至整車控制器，高壓系統(tǒng)開始預充電；若電池管理系統(tǒng)無法完成高壓檢測（N），整車控制器將斷開動力電池負極接觸器。（7）高壓系統(tǒng)開始預充電后，電池管理系統(tǒng)閉合正極接觸器，進行動力電池分步檢測。若檢測完成（Y），自檢計數器置“3”并發(fā)送至整車控制器，預充電完成并進入下一步；若無法完成檢測（N），自檢計數器置“2”并發(fā)送至整車控制器，電池管理系統(tǒng)斷開動力電池正極接觸器。（8）電機控制器、空調控制器、PTC加熱器等高壓系統(tǒng)進行高壓檢測。檢測完成（Y）后，車輛完成高壓上電，進入待行車狀態(tài)，組合儀表“READY”指示燈點亮；如無法完成檢測，電池管理系統(tǒng)將斷開動力電池正極接觸器。2）整車下電流程當整車控制系統(tǒng)檢測到高壓系統(tǒng)總電流小于5A且持續(xù)600ms以上時，車輛將進入整車下電流程，具體如下。（1）電池管理系統(tǒng)斷開動力電池正極接觸器，電池管理系統(tǒng)進行接觸器粘連檢測。（2）各高壓電器以零功率輸出，進行高壓系統(tǒng)放電。（3）當MCU檢測到高壓系統(tǒng)電壓低于36V時，整車控制器斷開動力電池負極接觸器，各高壓控制器以零功率輸出。（4）電池管理系統(tǒng)進行高壓下電檢測，檢測完成后自檢計數器置“1”并發(fā)送至整車控制器，進行部件存檔。（5）存檔完成后，整車控制器依次對電池管理系統(tǒng)、電機控制器、空調控制面板、PTC加熱器進行低壓下電，散熱系統(tǒng)延時下電；整車控制器下電，整車下電完成?！局R鏈接】拓展知識面【教師】講述比亞迪e5新能源汽車上下電控制策略比亞迪e5新能源汽車的上下電控制策略與其他新能源汽車不同，其動力電池正極接觸器、負極接觸器、主接觸器和預充接觸器的通斷都是由電池管理系統(tǒng)控制的。上電時，先進行預充，正極接觸器、預充接觸器、負極接觸器依次吸合。預充完成后，主接觸器吸合，完成上電。下電時，電池管理系統(tǒng)先限制驅動電機輸出轉矩，使整車延時斷電，再控制整車下電。此時電池管理系統(tǒng)先斷開主接觸器，然后斷開負極接觸器，最后斷開正極接觸器?！緦W生】聆聽、思考3．整車上下電測試方法整車上下電測試主要包括上電測試和下電測試兩部分。上電測試主要是指啟動開關置于ON位時，對整車控制器相應的控制部件功能進行測試。此時，應注意換擋旋鈕應置于P擋或N擋，并維持駐車制動拉起。啟動開關置于ON位后，整車電氣系統(tǒng)完成上電，當組合儀表“READY”指示燈亮起時，說明整車上電正常。下電測試一般是上電測試檢查出故障后，將啟動開關置于OFF位，對相應故障點進行線路檢測，通常應檢測相應故障點的電阻值、電壓值等，進而診斷出具體故障。此外，由于整車高壓部件及線束可能有殘余電能存在，因此在進行下電測試時，應注意進行絕緣防護。2.2.2能量管理系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)能對動力電池的荷電狀態(tài)（stateofcharge，SOC）進行估算，并對車輛的能量進行控制。下面簡要介紹SOC的估算方法和能量管理控制策略。1．SOC的估算方法SOC可用于表示動力電池的剩余電量，即動力電池使用或長期擱置一段時間后，其剩余容量與總的可用容量的比值，常用百分數表示。準確估算動力電池的SOC，既是新能源汽車估算續(xù)駛里程的最基本要求，又是提升動力電池利用效率和安全性能的基本保證。在實際應用中，一般使用電流積分法估算動力電池的SOC。電流積分法又稱安時計量法，其是在動力電池進行充電或放電時，通過累計充進、放出的電量來估算動力電池的SOC，同時根據充電效率（或放電效率）和動力電池溫度對估算出的SOC進行一定的補償。電流積分法的計算公式為式中：SOC0——動力電池的初始SOC值；t——動力電池充電或放電的時間；CN——動力電池額定容量，Ah；I——動力電池充電或放電電流，充電時取負，放電時取正；η——動力電池充電效率或放電效率。與其他SOC估算方法相比，電流積分法相對簡單可靠，并且可以動態(tài)地估算動力電池SOC值，因此被廣泛使用。但該方法也存在以下兩方面的局限性。（1）電流積分法需要提前獲得動力電池的初始SOC值，并且要對流入或流出動力電池的電流進行精確采集，才能使估算誤差盡可能小。（2）該方法只是以動力電池的外部特征作為SOC估算的依據，在一定程度上忽視了動力電池自放電率、老化程度和充、放電倍率對動力電池SOC的影響，長期使用也會導致測量誤差不斷累積擴大，因此需要引入相關修正系數對累積誤差進行修正。完成?！局R鏈接】拓展知識面【教師】講述SOC的估算方法除了電流積分法，SOC的估算方法還有放電測試法、開路電壓法、人工神經網絡法、模糊邏輯法、卡爾曼濾波法等。放電測試法：是用動力電池放電電流乘以放電時間計算得到SOC的。該方法在離線情況下適用，但會改變動力電池狀態(tài)，損失動力電池能量。開路電壓法：是通過測量動力電池的開路電壓（opencircuitvoltage，OCV，即動力電池在開路狀態(tài)下的端電壓），并擬合出OCV與SOC的關系曲線，以此來估算SOC的。因為采用該方法，動力電池需要長時間靜置才能得到準確值，所以該方法只適用于靜態(tài)條件。人工神經網絡法：是利用人工神經網絡思想來估算SOC的。該方法計算量大，耗時長，需要較大的存儲空間和大量樣本。模糊邏輯法：是利用模糊控制理論模型來估算SOC的。該方法需要在線測量，計算量大，耗時長，需要大的存儲空間?？柭鼮V波法：是通過建立等效電路模型，擬合模型參數并結合算法來估算SOC的。該方法估算準確，但需要合適的電路模型，計算量大，耗時長，需要較大的存儲空間?！緦W生】聆聽、思考2．能量管理控制策略能量管理系統(tǒng)通過對車載能源動力系統(tǒng)的管理，提高車輛能量利用效率，延長新能源汽車的續(xù)駛里程和動力電池的使用壽命。能量管理系統(tǒng)不但控制著車輛各種工作模式的切換，而且控制著能量流的合理分配。它能根據動力電池的SOC進行能量流的分配，包括是否允許空調運行、是否限制驅動電機功率等。為了保證新能源汽車的續(xù)駛里程，能量管理系統(tǒng)通常會設置一個SOC門限值（稱為SOC1），當SOC下降到SOC1時，禁止空調系統(tǒng)運行（即禁止空調壓縮機/PTC加熱器工作）；為了保護動力電池，還會設一個SOC門限值（稱為SOC2），當SOC下降到SOC2時，使驅動電機限功率運行。新能源汽車的能量管理控制策略如圖所示。3．異常情況下的能量管理新能源汽車的能量管理系統(tǒng)還具有一定的異常情況處理能力。常見的異常情況有驅動電機過溫、動力電池過溫、動力電池過放、動力電池過充等。1）驅動電機過溫的能量管理能量管理系統(tǒng)對驅動電機過溫的能量管理如圖所示。（1）當驅動電機溫度高于故障上限值時，說明驅動電機溫升已經達到較高水平，需要停車修復。該區(qū)域被稱為停車恢復區(qū)。（2）當驅動電機溫度介于故障上限值和跛行上限值之間時，車輛進入跛行控制模式，使驅動電機限功率運行。該區(qū)域被稱為跛行控制模式區(qū)。（3）當驅動電機溫度降低到跛行上限值時，車輛進入緩沖狀態(tài)，會給冷卻系統(tǒng)一定時間降低驅動電機溫度。該區(qū)域被稱為緩沖區(qū)。（4）當驅動電機溫度回歸到跛行下限值時，車輛結束跛行模式，重新回到正常驅動模式。該區(qū)域被稱為正常行車模式區(qū)。2）動力電池過溫的能量管理能量管理系統(tǒng)針對動力電池過溫，設置了動力電池過溫上限值（一般在60℃左右）和動力電池過溫下限值（一般在40℃左右）。（1）當動力電池溫度超過動力電池過溫上限值時，需要停車修復。（2）當動力電池溫度位于動力電池過溫下限值與動力電池過溫上限值之間時，限制動力電池輸出功率和放電電流（通常用限制驅動電機功率、限制電動壓縮機或PTC加熱器工作的方法實現），給冷卻系統(tǒng)一定時間，降低動力電池溫度。（3）當動力電池溫度降低到動力電池過溫下限值時，取消動力電池輸出功率、放電電流的約束，重新回到正常放電模式。3）動力電池過放的能量管理動力電池過放會導致鋰離子過分遷出，從而破壞負極的穩(wěn)定結構，造成動力電池負極的不可逆損壞，從而導致動力電池使用壽命衰減。尤其是在動力電池電量低或低溫環(huán)境下，動力電池開路電壓較低、內阻較大，更容易引起較大的壓降，因此需要設置放電截止電壓來約束動力電池的放電，避免過放現象。能量管理系統(tǒng)針對動力電池過放，設置了以下兩個過放電門限值。（1）跛行門限電壓，其略高于截止電壓，當動力電池的實際電壓低于該值時，車輛進入跛行控制模式。為防止動力電池電壓在跛行門限電壓附近時控制模式頻繁切換，通常在此設置一個緩沖區(qū)。（2）動力電池系統(tǒng)允許放電的最低截止電壓，該值往往由動力電池廠家直接提供，在實際放電過程中，一旦電壓低于該值，則車輛會欠壓停車，以免過放引起動力電池不可逆衰減。4）動力電池過充的能量管理為防止由動力電池內部化學反應產生的氣體及溫度導致的動力電池內壓上升引起安全問題，車輛需要停止充電。充電時，如果檢測到電池單體超過一定電壓（三元鋰電池為4.25V）時，需要切斷充電回路，停止充電?！緦W生】聆聽、思考、理解、記憶通過講解、圖片展示、課堂互動等教學方法，讓學生了解整車上下電控制、測試方法及能量管理系統(tǒng)課堂討論（10min）【教師】組織學生以小組為單位討論以下問題：當車輛發(fā)生驅動電機過溫、動力電池過溫、動力電池過放、動力電池過充等情況時，能量管理系統(tǒng)會如何處理？【學生】聆聽、思考、小組討論，由小組代表發(fā)表討論結果【教師】與學生一起評價各組的發(fā)言通過課堂討論，激發(fā)學生的學習興趣，加深學生對所學知識的理解第二節(jié)課實踐操作（35min）【教師】組織學生掃碼觀看“整車上電測試”視頻，然后帶領學生到實操間進行實踐操作下面以吉利帝豪EV450新能源汽車為例，進行整車上電測試。1．準備工作（1）所用車型：吉利帝豪EV450。（2）作業(yè)工具：絕緣手套、安全帽、護目鏡、絕緣鞋、車外三件套、車內四件套、故障檢測盒、新能源汽車拆裝常用工具等。2．操作步驟（1）將啟動開關置于ON位，整車能正常上電，組合儀表“READY”燈點亮，如圖所示。（2）將啟動開關置于OFF位，整車下電。（3）切斷VCU開關火線，如圖所示?！局R鏈接】拓展知識面【教師】講述故障檢測盒的連接及作用故障檢測盒（見下圖）與帝豪EV450教育版整車轉接盒配套，可在不破壞原車線束的條件下，實現與車輛整車控制器（VCU）的無損連接。它不僅具備電信號雙端檢測功能，還可以設置斷路、短路、虛接等故障。【學生】聆聽、思考（4）將啟動開關置于ON位，組合儀表“READY”燈未點亮，整車不能上高壓電，如圖所示。（5）恢復VCU開關火線，重復步驟（1）和步驟（2），整車應能正常上、下電。（6）切斷高壓系統(tǒng)供電線路，如圖所示。（7）將啟動開關置于ON位，組合儀表系統(tǒng)故障燈點亮，“READY”燈不點亮，整車不能上高壓電，如圖2-29所示。（8）恢復高壓系統(tǒng)供電線路，重復步驟（1）和步驟（2），整車應能正常上、下電?！窘處煛恐v述恢復高壓系統(tǒng)供電線路的注意事項每次恢復前必須將啟動開關置于OFF位，以免發(fā)生安全事故?！緦W生】聆聽、思考【學生】以小組為單位，進行實操，根據分工填寫“任務工單——整車上電測試”【教師】根據學生表現，