新能源汽車結(jié)構(gòu)與維修 課件 任務(wù)11 卡羅拉混合動力電動汽車無法行駛故障的診斷與維修

任務(wù)11卡羅拉混合動力電動汽車無法行駛故障的診斷與維修模塊5混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)與維修學(xué)習(xí)目錄1任務(wù)接受2學(xué)習(xí)目標(biāo)3任務(wù)準(zhǔn)備4任務(wù)實施5任務(wù)總結(jié)任務(wù)11卡羅拉混合動力電動汽車無法行駛故障的診斷與維修

客戶報修：張先生的豐田卡羅拉混合動力電動汽車，車型為ZWE182，昨天在啟動車輛時，儀表盤提示“混合動力系統(tǒng)故障，請到經(jīng)銷店檢查”，READY燈沒有點亮，車輛無法行駛，要求服務(wù)店給予檢修。任務(wù)接受1. 掌握混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)特點和基本工作原理。2. 熟悉豐田卡羅拉混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。3. 學(xué)會豐田卡羅拉混合動力系統(tǒng)故障的檢測與診斷方法。4. 能夠進(jìn)行豐田卡羅拉混合動力系統(tǒng)的維修。5. 引導(dǎo)學(xué)生辯證地看問題,了解我國混合動力汽車的成就與差距，努力提高專業(yè)水平。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)準(zhǔn)備信息收集故障分析混合動力電動汽車及其特點混合動力電動汽車的基本結(jié)構(gòu)與工作原理混合動力電動汽車的分類4.豐田卡羅拉混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理1.豐田卡羅拉混合動力電動汽車無法行駛的故障分析維修準(zhǔn)備1.豐田卡羅拉混合動力電動汽車動力系統(tǒng)維修準(zhǔn)備信息收集10.1混合動力電動汽車的信息收集1.混合動力電動汽車及其特點（1）混合動力電動汽車定義混合動力電動汽車(HybridElectricVehicle,簡稱HEV)，是指能夠至少從消耗的燃料和可再充電電能儲存裝置兩類車載存儲的能量中獲得動力的汽車，本書如無特殊說明，主要指從內(nèi)燃機和動力蓄電池獲得動力的汽車。信息收集10.1混合動力電動汽車的信息收集1.混合動力電動汽車及其特點（2）混合動力電動汽車的主要特點1）排氣污染少。在繁華市區(qū)，可關(guān)停內(nèi)燃機，由動力蓄電池單獨驅(qū)動，實現(xiàn)零排放。2）節(jié)能。因為有了動力蓄電池，可以十分方便地回收減速、制動、下坡時的能量。采用混合動力后，可按平均需用的功率來確定內(nèi)燃機的最大功率，此時處于油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作。3）續(xù)行里程長。由于內(nèi)燃機可持續(xù)工作，所以續(xù)行里程和普通汽車一樣。4）可以利用現(xiàn)有的加油站加油，不必再投資建設(shè)。5）長距離高速行駛基本不能省油。信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集2.混合動力電動汽車的基本結(jié)構(gòu)與工作原理（1）混合動力電動汽車總體組成混合動力電動汽車是在純電動汽車的基礎(chǔ)上增加一套動力系統(tǒng)，本書主要指內(nèi)燃機?？傮w組成如圖11-1所示，主要由動力蓄電池、內(nèi)燃機、發(fā)電機、驅(qū)動電機、控制器等組成。圖11-1混合動力電動汽車的總體組成信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集2.混合動力電動汽車的基本結(jié)構(gòu)與工作原理（2）混合動力電動汽車的基本工作原理（圖11-2）圖11-2混合動力電動汽車的工作原理信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集3.混合動力電動汽車的分類

信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集3.混合動力電動汽車的分類表10-1不同混合程度電動汽車主要特征類型主要特征節(jié)油率弱混H≤10%，具有Start-Stop功能和能量回收功能5~10%中混H值在10%~25%，具有Start-Stop功能、能量回收功能、智能充電和電機助力10~25%強混H≥25%，具有Start-Stop功能、能量回收功能、智能充電和短距離純電動行駛功能25~40%信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集3.混合動力電動汽車的分類（2）按照能否外部充電分類分為可外接充電式混合動力電動汽車和不可外接充電式混合動力電動汽車。信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集3.混合動力電動汽車的分類（3）按照發(fā)動機與電動機的連接分類分為增程式和普通式。信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集3.混合動力電動汽車的分類（4）按動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式分類可分為串聯(lián)式混合動力電動汽車（SHEV）、并聯(lián)式混合動力電動汽車（PHEV）、混聯(lián)式（串、并聯(lián)式）混合動力電動汽車（PSHEV）三種形式。信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集3.混合動力電動汽車的分類1）串聯(lián)式混合動力電動汽車。車輛的驅(qū)動力只來源于電動機的混合動力電動汽車。系統(tǒng)將發(fā)動機與動力蓄電池串聯(lián)，共同驅(qū)動電動機運行，其結(jié)構(gòu)簡單，如圖11-3所示。圖11-3串聯(lián)式混合動力電動汽車結(jié)構(gòu)示意圖信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集3.混合動力電動汽車的分類2）并聯(lián)式混合動力電動汽車。車輛的驅(qū)動力由電機及內(nèi)燃機同時或單獨供給的混合動力電動汽車。混合動力系統(tǒng)中的發(fā)動機和驅(qū)動電機兩套驅(qū)動系統(tǒng)以并聯(lián)形式共同驅(qū)動車輛，如圖11-4所示。圖11-4并聯(lián)式混合動力電動汽車結(jié)構(gòu)示意圖信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集3.混合動力電動汽車的分類3）混聯(lián)式混合動力電動汽車。同時具有串聯(lián)式和并聯(lián)式驅(qū)動方式的混合動力電動汽車（見圖11-5）圖11-5混聯(lián)式混合動力電動汽車結(jié)構(gòu)示意圖信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集4.豐田卡羅拉混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理（1）結(jié)構(gòu)圖11-6所示豐田卡羅拉混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的組成，包括發(fā)動機和電機驅(qū)動兩部分，本節(jié)主要介紹電機驅(qū)動部分。電機驅(qū)動部分由動力蓄電池、帶轉(zhuǎn)換器的逆變器、混合動力車輛傳動橋總成（包括發(fā)電機及驅(qū)動電機）、動力管理控制ECU（HEVCPU）等組成。圖11-6豐田卡羅拉混合動力驅(qū)動系統(tǒng)組成信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集4.豐田卡羅拉混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理1）動力蓄電池它為一密封型鎳氫電池，該電池包括28個模塊（見圖11-7），每個模塊又由6個單格組成。HV蓄電池內(nèi)部除了電池，還有繼電器、蓄電池智能單元、維修開關(guān)、電池冷卻鼓風(fēng)機等部件，如圖11-8。圖11-7動力蓄電池模塊圖11-8動力蓄電池信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集4.豐田卡羅拉混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理動力蓄電池內(nèi)部有3個主繼電器（見圖11-9），用于接通或切斷高壓電，同時保護(hù)接觸器的觸點。動力蓄電池電路接通時，SMRB和SMRP先閉合，由于SMRP電路接入電阻器，可控制接通電流；之后，SMRG工作而SMRP關(guān)閉，可以使SMRG電路中的觸點避免受到強電流造成損壞。圖11-9動力蓄電池內(nèi)部接觸器信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集4.豐田卡羅拉混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理2）電動機-發(fā)電機組MG1和MG2它們安裝在驅(qū)動橋內(nèi),用來驅(qū)動車輛、發(fā)電和提供再生制動。由發(fā)動機驅(qū)動的MG1產(chǎn)生高壓電，對動力蓄電池充電并供電以驅(qū)動MG2。圖11-10交流永磁同步電機工作原理信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集4.豐田卡羅拉混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理MG1和MG2的工作原理如圖11-11所示。IPM內(nèi)的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)在ON和OFF之間切換，為電機提供三相交流電，基本原理與純電動汽車類似。圖11-11MG1和MG2的工作原理信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集4.豐田卡羅拉混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理3）帶轉(zhuǎn)換器的逆變器如圖11-12，逆變器總成內(nèi)部為多層結(jié)構(gòu)，主要由電容、智能動力模塊、電抗器、MGECU、DC/DC轉(zhuǎn)換器組成。a)外觀

b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖11-12逆變器總成信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集4.豐田卡羅拉混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理工作原理如圖11-13所示。增壓轉(zhuǎn)換器將動力蓄電池額定電壓從201.6V的直流增高為最高650V的直流，反之可將650V的直流降低為201.6V的直流。變頻器將來自增壓轉(zhuǎn)換器的直流電轉(zhuǎn)換為用于MG1和MG2的交流電，反之也可以將電機或發(fā)電機發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)換成直流電。圖11-13帶轉(zhuǎn)換器的逆變器工作原理信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集4.豐田卡羅拉混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理4）HVCPU也稱為動力管理控制ECU，它負(fù)責(zé)執(zhí)行混合動力系統(tǒng)的綜合控制。具體有以下功能：①接收來自各傳感器及ECU（ECM、MGECU、蓄電池控制單元等）的信息，并基于這些信息，計算出所需的扭矩及輸出功率，動力管理控制ECU將計算的結(jié)果發(fā)送到其他ECU；②監(jiān)視動力蓄電池的SOC；③控制DC-DC轉(zhuǎn)換器、HV水泵和動力蓄電池冷卻鼓風(fēng)機等。信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集4.豐田卡羅拉混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理（2）工作原理如圖11-14所示，卡羅拉混合動力系統(tǒng)工作時，HVCPU根據(jù)汽車工況，控制動力蓄電池輸出高壓電，同時也和逆變器建立連接通訊，將201.6V的直流電進(jìn)行增壓，再經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換成三相交流電，驅(qū)動電機運行。圖11-14豐田卡羅拉混合動力系統(tǒng)的工作原理信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集4.豐田卡羅拉混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理圖11-15和圖11-16為動力分配行星齒輪組的連接圖。豐田卡羅拉動力組件上有兩套行星齒輪組件：動力分配行星組件和電機減速行星組件。前者分配動力，后者主要是起到減速作用。圖11-15動力分配行星齒輪組圖11-16動力分配行星齒輪組簡圖信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集4.豐田卡羅拉混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理圖11-15和圖11-16為動力分配行星齒輪組的連接圖。豐田卡羅拉動力組件上有兩套行星齒輪組件：動力分配行星組件和電機減速行星組件。前者分配動力，后者主要是起到減速作用。圖11-15動力分配行星齒輪組圖11-16動力分配行星齒輪組簡圖信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集4.豐田卡羅拉混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理根據(jù)行駛工況的不同，HVCPU會控制發(fā)動機、電動機、發(fā)電機或其他子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)地工作，以滿足具體工況的需求。圖11-17純電動模式圖11-18混合驅(qū)動模式信息收集11.1混合動力電動汽車的信息收集4.豐田卡羅拉混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理圖11-19充電模式圖11-20能量回饋模式洋為中用中西結(jié)合——國產(chǎn)混合動力的崛起以豐田為首的日系油電混合動力汽車在全球占據(jù)絕對地壟斷地位,特別是豐田的THS混合動力系統(tǒng)，通過二十多年的迭代優(yōu)化愈發(fā)成熟,創(chuàng)造了上百項壟斷的專利技術(shù),已經(jīng)成了整個混合動力汽車市場的典范。國內(nèi)在這方面雖然起步較晚，但近幾年已經(jīng)有了巨大突破，如比亞迪2021年推出的第四代超級混動技術(shù)DM-i，以大容量電池和高性能大功率扁線電機為設(shè)計基礎(chǔ)，主要依靠大功率高效電機進(jìn)行驅(qū)動，真正實現(xiàn)了多用電、少用油并且高效用油。長城汽車2020年推出檸檬混動DHT，采用的雙電機+燃油機系統(tǒng)，動力系統(tǒng)綜合效率可以達(dá)到50%以上。吉利汽車2021年推出的雷神智擎Hi·X，采用DHE15（1.5TD）混動專用發(fā)動機，是世界首款量產(chǎn)增壓直噴混動專用發(fā)動機，其發(fā)動機熱效率高達(dá)43.32%。無論在效率上還是油耗上，新推出的國產(chǎn)混合動力系統(tǒng)都具備同世界頂尖水平一戰(zhàn)的實力，并且以實惠的價格打動了消費者，銷量有了大幅提升。學(xué)習(xí)它國所長為我所用，我們要努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識，服務(wù)國家，建設(shè)國家。信息收集故障分析11.2豐田卡羅拉混合動力電動汽車無法行駛的故障分析根據(jù)豐田卡羅拉混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)原理，混合動力系統(tǒng)故障可能原因如圖11-21所示。圖11-21故障可能原因分析故障分析11.3豐田卡羅拉混合動力電動汽車動力系統(tǒng)維修準(zhǔn)備表10-2維修設(shè)備與材料（按組配備）名稱數(shù)量名稱數(shù)量豐田TIS診斷系統(tǒng)1臺1000V絕緣手套1套汽車萬用表1臺手套、抹布等1批常規(guī)拆裝工具1套電工膠布等2卷扭力扳手1把工作臺1臺絕緣工具1套示波器1臺任務(wù)實施11.4豐田卡羅拉混合動力電動汽車動力系統(tǒng)故障檢查1.混合動力系統(tǒng)檢測注意事項1）檢查高壓系統(tǒng)務(wù)必采取安全措施，佩戴絕緣手套（圖11-22），拆下維修開關(guān)把手，放在自己口袋中（圖11-24），以防別人拿到插上，造成觸電事故。圖11-22佩戴絕緣手套圖11-23維修開關(guān)應(yīng)放在自己口袋中任務(wù)實施11.4豐田卡羅拉混合動力電動汽車動力系統(tǒng)故障檢查1.混合動力系統(tǒng)檢測注意事項2）拆下維修開關(guān)后至少等待10min放電（圖11-25）。3）拆下高壓連接器后，要用絕緣膠帶纏繞連接器以防接觸異物。4）動力系統(tǒng)重新激活時注意將電源開關(guān)置于OFF位置后，從輔助蓄電池負(fù)極端子上斷開電纜前需要等待一定時間。5）斷開高壓接頭前，務(wù)必從輔助蓄電池負(fù)極端子上斷開電纜，并用絕緣膠帶纏繞高壓接頭。圖11-25拆下維修開關(guān)等待10分鐘任務(wù)實施11.4豐田卡羅拉混合動力電動汽車動力系統(tǒng)故障檢查1.混合動力系統(tǒng)檢測注意事項6）應(yīng)認(rèn)真閱讀車輛維修手冊，尤其要熟悉動力系統(tǒng)控制電路的組成原理（圖11-26是豐田卡羅拉動力控制系統(tǒng)的部分電路）。圖11-26豐田卡羅拉動力系統(tǒng)控制電路（部分）任務(wù)實施11.4豐田卡羅拉混合動力電動汽車動力系統(tǒng)故障檢查2.外部直觀檢查直觀檢查包括靜態(tài)直觀檢查和動態(tài)直觀檢查。靜態(tài)直觀檢查是指在未上電的情況下檢查高壓系統(tǒng)外部是否有破損、漏液，接頭有否脫落、松動等現(xiàn)象，并予以排除；動態(tài)直觀檢查是指在上電情況下，試車，觀察是否有異響，是否出現(xiàn)客戶描述的故障，初定是偶發(fā)性故障還是靜態(tài)故障，進(jìn)行初步的故障判斷，并記錄故障詳細(xì)征兆。任務(wù)實施11.4豐田卡羅拉混合動力電動汽車動力系統(tǒng)故障檢查3.用豐田TIS診斷系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷圖11-27豐田TIS診斷系統(tǒng)外觀任務(wù)實施11.4豐田卡羅拉混合動力電動汽車動力系統(tǒng)故障檢查4.用其它儀器進(jìn)行故障診斷可以采用萬用表或示波器進(jìn)行故障的輔助診斷和深入檢測。圖11-28為采用示波器檢測的豐田卡羅拉電動機旋變信號波形。圖11-28豐田卡羅拉電動機旋變信號波形任務(wù)實施11.5豐田卡羅拉混合動力電動汽車無法行駛的故障診斷維修1.故障診斷接通點火開關(guān)（IGON），檢查混合動力車輛控制ECU端子MREL的電壓為12V，正常。檢查帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成IGCT端子的電壓為0V，異常。檢查2號IGCT保險絲對地電壓分別為12V，0V，關(guān)閉點火開關(guān)，檢查保險絲兩端的電阻為無限大。通過上述檢查分析，基本上確定了故障產(chǎn)生的原因是2號IGCT保險絲熔斷導(dǎo)致帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成不能工作，車輛無法行駛。任務(wù)實施11.5豐田卡羅拉混合動力電動汽車無法行駛的故障診斷維修1.故障診斷檢查線路連接情況，發(fā)現(xiàn)帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成連接線路存在破損，并且與車架金屬部件有接觸（圖11-30），因此，判斷故障原因是供電線路保護(hù)層破損并與車身搭鐵接觸發(fā)生短路，導(dǎo)致保險絲熔斷。圖11-30帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成連接線路破損任務(wù)實施11.5豐田卡羅拉混合動力電動汽車無法行駛的故障診斷維修

2.故障排除（1）修復(fù)破損的線路保護(hù)層，更換2號IGCT保險絲。（2）接通點火開關(guān)（IGON），檢查帶轉(zhuǎn)換器的逆變