新能源汽車故障診斷技術 教案 教案9-新能源汽車熱管理系統(tǒng)故障診斷檢修

PAGE17 新能源汽車故障診斷技術教案 學期：：班級：：授課教師：：教案用紙第頁教學題目新能源汽車熱管理系統(tǒng)故障診斷檢修教學目標知識目標：（1）能夠說出新能源汽車動力系統(tǒng)的結構（2）能描述熱管理系統(tǒng)的回路控制循環(huán)技能目標：（1）能分析新能源汽車過溫故障的故障原因（2）能根據維修資料，運用專用工具和檢測設備，按照診斷流程完成熱管理控制系統(tǒng)的常見故障素質目標：（1）通過小組合作鍛煉學生團隊合作能力。（2）能夠按照企業(yè)5S要求和安全生產規(guī)范進行操作。（3）通過完成工作任務培育嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度教學任務新能源汽車熱管理系統(tǒng)故障診斷檢修教學重點（1）能夠說出新能源汽車動力系統(tǒng)的結構。（2）能描述故障處理的控制策略【重點】。（3）能根據檢修方案，依據廠家技術標準，正確使用專用工具診斷與排除電機控制系統(tǒng)故障，提高故障診斷邏輯思維能力【重點】。教學難點（1）能描述熱管理系統(tǒng)的回路控制循環(huán)（2）能分析新能源汽車過溫故障的故障原因（3）能根據維修資料，運用專用工具和檢測設備，按照診斷流程完成熱管理控制系統(tǒng)的常見故障教學手段理實一體、分組教學。教學學時建議4-6學時教學內容注釋任務描述張女士的一輛2018款北汽新能源汽車EU5行駛134572km，2月份張女士在駕車回山西老家的高速路上，車輛儀表突然出現(xiàn)紅色的電機過熱的信息提示，幾分鐘后，車輛失去動力無法行駛，再次啟動，車輛無法上電，隨即報警救援，在等待救援的時間里，張女士再次啟動車輛，發(fā)現(xiàn)車輛故障消失，可以正常上電“READY”，但張女士不敢繼續(xù)駕駛，將車拖到4S店。初步診斷為驅動電機過溫故障，請給予解決。一、知識準備一、動力系統(tǒng)的結構電動汽車的動力系統(tǒng)主要指動力蓄電池、驅動電機與驅動電機控制器。常見的電動汽車動力系統(tǒng)已經實現(xiàn)機電一體化控制，以電能作為動力源，通過動力蓄電池存儲電力，驅動電機控制器對電流強度和換向頻率等進行控制，實現(xiàn)對驅動電機的控制，最終轉化為機械能輸出給車輪。電氣元件的工作溫度有著極高的要求，溫度過低或過高都會影響其工作的穩(wěn)定性、準確性以及安全性等。所以，對動力系統(tǒng)高壓控制元件的溫度進行有效的檢測與控制是新能源汽車動力系統(tǒng)中非常重要的一部分，動力系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)又叫作熱管理系統(tǒng)。如圖4-26所示，新能源汽車動力蓄電池提供直流電源至母線，驅動電機將高壓直流電逆變?yōu)楦邏航涣麟姡涣麟姷碾娏髋c換向頻率進行控制，實現(xiàn)對驅動電機的控制。其中，其他高壓用電器不屬于驅動動力系統(tǒng)，在此不進行具體介紹。動力系統(tǒng)過溫故障可分為三大類，第一類是由于大功率用電器的負荷過大，或長時間過載，再或其自身出現(xiàn)故障導致溫度上升，這一溫度變化被傳感器正確檢測而報出的故障；第二類屬于傳感器檢測故障，此類故障是由于傳感器本身，或傳感器接線等故障，導致溫度信號不準確出現(xiàn)的故障現(xiàn)象；第三類故障則是由于動力系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題，如冷卻液缺失、水泵故障、風扇故障等，造成原本正常的動力系統(tǒng)由于散熱不良導致的過溫故障。第一類與第三類故障均屬于執(zhí)行器類故障，是實際存在的，直接影響動力系統(tǒng)工作的故障，而第二類故障屬于系統(tǒng)的“假”故障，實際驅動系統(tǒng)沒有故障，但是傳感器的數(shù)據顯示有故障，此類故障除了系統(tǒng)提示故障信息等現(xiàn)象外，還會影響與溫度控制相關聯(lián)其他系統(tǒng)二、新能源汽車熱管理功能架構的特點新能源汽車熱管理系統(tǒng)的作用在于實現(xiàn)各回路熱量與冷量需求的內部匹配，能耗最優(yōu)，降低電池能耗，實現(xiàn)制冷與制熱功能；純電動車型的熱管理回路主要包括汽車空調回路（駕駛室熱管理回路）、電池熱管理回路和電機熱管理回路。圖4-27所示為新能源汽車各熱管理回路能量傳輸路徑，其中，空調制熱回路可以通過PTC或熱泵產生熱量、空調制冷回路可以產生冷量；電池熱管理回路可產生熱量，但在不同情況下既需要被制冷，又需要被加熱；電機熱管理回路可產生熱量，主要需要被制冷。如果按照熱量與冷量的供給和需求角度劃分各個回路，熱量供給方：空調制熱回路、電池熱管理回路、電機（或電驅動）熱管理回路；冷量供給方：空調制冷回路；熱量需求方：駕駛室、電池熱管理回路；冷量需求方：駕駛室、電池熱管理回路、電機熱管理回路。熱管理系統(tǒng)不斷升級以提升新能源汽車整車續(xù)駛里程和車主駕駛體驗。高效的熱管理技術能夠降低整車能耗，在不增加動力蓄電池容量的情況下提升續(xù)駛里程。同時，汽車空調系統(tǒng)能夠通過調節(jié)PTC功率或者熱泵功率保持汽車駕駛室恒溫，使乘客體感溫度合適。三、典型車型熱管理系統(tǒng)回路控制分析北汽EU5熱管理系統(tǒng)回路控制分析EU5熱管理系統(tǒng)由駕駛室回路的熱管理、電驅系統(tǒng)熱管理和電池熱管理系統(tǒng)組成。（1）駕駛室回路的熱管理2）EU5熱管理加熱系統(tǒng)由水泵進水管、加熱器進水管、加熱器出水管、暖風進水管、暖風出水管、板式熱交換器出水管、板式熱交換器進水管、暖風水壺、三通電磁閥、板式熱交換器、水加熱器、水泵總成組成，如圖4-30所示。水加熱器、板式熱交換器、水壺、水泵通過管路連接成封閉的循環(huán)系統(tǒng)。水泵驅動介質通過水加熱器進行循環(huán)加熱，在板式熱交換器內與電池側介質進行熱交換，再通過電池水泵進行循環(huán)升高電池包溫度。駕駛室側與電池側可以同時工作，也可以單獨工作駕駛室加熱循環(huán)控制：當駕駛室需要制熱暖風時，如圖4-31所示，制熱靠PTC來實現(xiàn)，制熱循環(huán)為加熱控制器控制加熱循環(huán)水泵工作→液體經PTC加熱后流進三通閥，熱管理控制器控制三通電磁閥1、2號管路接通→液體流入空調箱的加熱芯體，實現(xiàn)采暖。當不需電池加熱時，三通閥3號不接通，防止流入電池熱交換器。電驅系統(tǒng)熱管理如圖4-32所示，北汽EU5電驅系統(tǒng)熱管理系統(tǒng)是獨立系統(tǒng)，不與其他系統(tǒng)關聯(lián)。電驅系統(tǒng)熱管理主要是保持電驅系統(tǒng)合適的溫度，其由電機控制器、DC/DC、充電機和驅動電機組成。當車輛處于負荷工況時，電機控制器、DC/DC、充電機、驅動電機工作時會發(fā)熱，若不加以冷卻，將影響驅動系統(tǒng)正常工作。驅動電機和電機控制器采用水冷方式，電機體內設置有冷卻液道，通過冷卻液的流動降溫，防止驅動電機、電機控制器過熱。當溫度超過閾值時，電機流出的較高溫度冷卻液通過散熱器與空氣的熱交換器降溫，經過降溫的冷卻液再流經散熱部件，以達到冷卻的目的。冷卻液的循環(huán)順序為，水泵工作吸入膨脹水箱及電機控制器高溫液體加壓后→冷卻液流入散熱器→冷卻后的水流入電機控制器完成冷卻的循環(huán)，控制器通過反饋驅動系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)溫度及電機、電機控制器的溫度，從而控制散熱器風扇、水泵工作。冷卻水泵和冷卻風扇為滯環(huán)控電池熱管理系統(tǒng)電池熱管理循環(huán)包括冷卻循環(huán)和加熱循環(huán)。電池冷卻循環(huán)的條件：BMS監(jiān)控動力蓄電池的溫度，當單體電池Tmax≥40℃時，BMS將控制電池采取主動均衡，并控制壓縮機自動啟動。電子膨脹閥打開，冷卻循環(huán)如圖4-33所示，壓縮機→冷凝器→電子膨脹閥→蒸發(fā)器→壓縮機，動力蓄電池冷卻液→動力蓄電池冷卻液循環(huán)水泵→熱交換器→冷卻交換器→動力蓄電池，動力蓄電池冷卻液通過冷卻交換器進行熱交換降溫，實現(xiàn)冷卻液降溫。在駕駛室不需要制冷時，電磁閥關閉，切斷通向蒸發(fā)器的制冷回路。當電池不需要冷卻時，電子膨脹閥關閉，切斷流向熱交換器的回路。當單體電池溫度Tmax≤35℃時，壓縮機停止工作、電池冷卻停止。電池包冷卻目的：改善高溫狀態(tài)下的車輛行駛動力性能。電池加熱循環(huán)控制：制熱系統(tǒng)由加熱循環(huán)水泵、液體加熱器PTC、三通電磁閥、熱交換器組成。當動力蓄電池最低溫度小于規(guī)定值時，加熱回路利用液體加熱器PTC來為冷卻液加熱?？刂破骺刂萍訜嵫h(huán)水泵啟動、PTC加熱器工作，熱管理控制器控制三通電磁閥1號、3號管路接通，制熱循環(huán)為：熱循環(huán)水泵→液吉利帝豪EV450熱管理系統(tǒng)控制回路分析整車熱管理系統(tǒng)分為三個部分，即駕駛室回路的熱管理、電池系統(tǒng)回路熱管理，以及控制動力系統(tǒng)熱回路管理，如圖4-34所示。動力冷卻系統(tǒng)的作用是對電池、電機、控制器及充電機等車輛關鍵部件進行冷卻或加熱，使其保持在適當工作溫度范圍內，冷卻或加熱性能直接影響零部件的性能表現(xiàn)，對于提升動力經濟性，有重要意義。（1）駕駛室熱管理駕駛室熱管理主要實現(xiàn)駕駛室的制冷與加熱兩種功能；如圖4-35所示，制冷系統(tǒng)由電動渦旋式壓縮機、平行流式冷凝器、層疊式蒸發(fā)器和H型膨脹閥等組成，采用的制冷劑是R134a。在H型膨脹閥的前端設置有制冷管路電磁閥，在駕駛室不需要制冷時，電磁閥關閉，切斷通向蒸發(fā)器的制冷回路。駕駛室制熱靠PTC來實現(xiàn)。需要制熱時，熱管理控制器控制PTC加熱器（HVH）工作，控制三通電磁閥WV1的1、2號管路接通，PTC加熱水泵驅使經PTC加熱后的冷卻液流進空調箱的加熱芯體，實現(xiàn)供暖。電驅系統(tǒng)回路熱管理（3）電池熱管理系統(tǒng)回路當動力蓄電池有加熱需求，且最低溫度低于-10℃時，動力蓄電池加熱采用電驅動加熱回路，利用電動汽車運行過程中電驅動系統(tǒng)產生的熱量來為動力蓄電池加熱，可有效降低動力蓄電池非驅動電耗，如圖4-39所示。熱管理控制器控制三通電時，啟動電動水泵2和電動水泵3，促使電驅動系統(tǒng)冷卻回路的高溫冷卻液流向動力蓄電池，對動力蓄電池進行加熱。熱管理電池回路控制策略1）車輛在交流充電、直流充電、智能充電、行車過程中（包括車速為0）都可以啟動熱管理對動力蓄電池加熱或冷卻。在冷卻系統(tǒng)中，BMS根據單節(jié)電池最高溫度（下面簡稱電池最高溫度）發(fā)送熱管理控制信號，包括“冷卻”“勻熱”和“關閉”。3）在加熱系統(tǒng)中，BMS根據單節(jié)電池最低溫度（下面簡稱電池最低溫度）發(fā)送熱管理控制信號，包括“加熱”“勻熱”和“關閉”。4）快充及慢充：VCU直接轉發(fā)BMS的熱管理請求。5）行車：在行車狀態(tài)下，VCU接收到BMS發(fā)送的加熱需求后，需要根據當前電池溫度、暖風狀態(tài)、車速等條件進行再次邏輯判斷，從而發(fā)送不同熱管理請求至AC控制器。車輛處于ON檔電非充電狀態(tài)下時，當動力蓄電池單體溫度超過上限值55℃,車輛不進行動力蓄電池冷卻。7）電池溫度監(jiān)測由BMS完成，BMS根據動力蓄電池單體溫度判定動力蓄電池是否啟動冷卻，并發(fā)送冷卻請求給VCU，VCU轉發(fā)BMS上述信號至ATC空調控制器。3.ModelS熱管理系統(tǒng)循環(huán)控制（1）結構功能及特點特斯拉第一代熱管理技術路線應用在ModelS/x上，和國內各家廠商一樣，把整車熱管理分成電池、電機和汽車空調三大管理回路。其中，（2）汽車空調回路分析（3）電池熱管理回路分析（4）電機熱管理回路分析四、故障診斷檢修實施車輛問診。首先向車主詢問車輛的基本狀況，車輛在什么時間、什么工況下出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，之前是否出現(xiàn)過類似情況，在北汽新能源維修服務系統(tǒng)中調取該車的維修維護記錄。2）確認故障現(xiàn)象。運用故障再現(xiàn)的方法，操控車輛上電，動態(tài)測試車輛，掛入D位加大電機負荷，直至使儀表出現(xiàn)“電機過熱”故障提示，如圖4-41所示，風扇常轉，檢查車輛此時是否能夠“READY”。3）如圖4-14所示，啟動車輛，該車儀表顯示無異常，READY指示燈點亮，可以完成換檔，正常解除駐車制動，踩下加速踏板車輛無移動趨勢，車輛READY指示燈正常，無其他故障燈指示，車輛無法行駛。關閉起動開關，滅車，重新啟動車輛，和上述現(xiàn)象一致。該車輛存在無法驅動的故障現(xiàn)象。故障預診和基本檢查1）故障預診。首先檢查冷卻液液位是否正常，排除冷卻液過少導致冷卻不良。然后使用北汽新能源專用故障診斷儀讀取故障碼，如圖4-42所示，借助診斷儀讀取故障數(shù)據，驅動系統(tǒng)水泵控制中故障碼，系統(tǒng)提示“P184313-水泵電機開路故障”，查看相關數(shù)據流?；緳z查。根據故障碼的提示，進行動力系統(tǒng)熱管理控制系統(tǒng)基礎檢查，如圖4-43所示，管路檢查，檢查冷卻液液位、冷卻管路連接、冷卻風扇運轉狀態(tài)、散熱器無臟污堵塞等，熱管理系統(tǒng)正常。插頭檢查，還應檢查控制電路中的熔絲是否正常。使用萬用表測量熔絲的端電壓，熔絲正常?；緳z查未發(fā)現(xiàn)異常。3.故障分析（1）查詢維修手冊查找故障碼獲取故障發(fā)生的條件和故障碼產生的機理，分析產生的可能原因可能為供電故障、通信故障、線束故障、水泵故障、水泵控制模塊故障。故障時的數(shù)據流顯示水泵狀態(tài)為斷路故障，冷卻液溫度傳感器溫度為24℃,如圖4-44所示，初步判斷為水泵控制器及相關控制電路可能存在故障，具體再來分析一下系統(tǒng)控制電路。3.故障分析（1）故障產生的可能原因（2）電機控制系統(tǒng)電路分析（2）通過分析電路圖得知，如圖4-45所示故障產生的范圍通過預診斷和分析系統(tǒng)電路圖，確定有可能的故障范圍診斷排故（1）診