教學(xué)課件3.4HV電池的更換講解

學(xué)習(xí)情境三：動力電池及管理系統(tǒng)拆裝與檢測學(xué)習(xí)單元3.4HV蓄電池的更換課程內(nèi)容12345任務(wù)導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)理論知識拓展閱讀實(shí)踐技能6單元小結(jié)任務(wù)導(dǎo)入小王在豐田某4S店工作，今天接了一輛混動卡羅拉轎車，師傅要求小王更換該車的HV蓄電池，你知道如何安全、規(guī)范的進(jìn)行HV蓄電池的更換么？學(xué)習(xí)目標(biāo)1．能通過與客戶交流、查閱相關(guān)維修技術(shù)資料等方式獲取車輛信息。2．能根據(jù)要求制定正確的更換計劃。3．能正確選擇診斷設(shè)備對HV蓄電池進(jìn)行拆卸和安裝。4．能正確記錄、分析各種檢查結(jié)果并做出故障判斷。理論知識HV蓄電池系統(tǒng)繼電器工作過程BMS系統(tǒng)組成能量管理HV蓄電池對外通訊理論知識混動卡羅拉HV蓄電池充放電時都需要電池內(nèi)部繼電器閉合，連接線路如圖3.4.1繼電器工作過程理論知識1.SMR主繼電器SMR主繼電器安裝于HV蓄電池內(nèi)部，用于控制HV蓄電池與外部是否接通，電池內(nèi)部有三個繼電器（SMR），即正主繼電器（SMRB）、負(fù)主繼電器（SMRG）和預(yù)充電繼電器（SMRP）。3個系統(tǒng)主繼電器（SMR）根據(jù)混動車輛控制ECU的信號接通或斷開高壓電路。繼電器的實(shí)物如圖3.4.1繼電器工作過程理論知識2.READY/ON狀態(tài)HV蓄電池主繼電器控制電路如圖3.4.1繼電器工作過程理論知識當(dāng)車輛從停車狀態(tài)到READY/ON狀態(tài)時，混合動力車輛控制ECU總成依次接通SMRP和SMRB，此時HV蓄電池向外放電，則電流從電池正極出發(fā)，經(jīng)SMRB后，向外部供電，經(jīng)用電設(shè)備后流經(jīng)預(yù)充電電阻和SMRP返回負(fù)極。此時給電機(jī)附加電容進(jìn)行充電。如圖3.4.1繼電器工作過程理論知識隨后SMRG閉合，此時預(yù)充電電阻被短接，電流從電池正極出發(fā)，經(jīng)SMRB后，向外部供電，經(jīng)用電設(shè)備后流經(jīng)預(yù)充電電阻和SMRG返回負(fù)極，如圖3.4.1繼電器工作過程理論知識3.系統(tǒng)關(guān)閉當(dāng)系統(tǒng)切換至READY/ON意外的狀態(tài)時，混動車輛控制ECU總成首先斷開SMRG，確定SMRG是否正常工作后，斷開SMRB，如圖3.4.1繼電器工作過程理論知識在確定SMRB是否正常工作后，接通SMRP，然后斷開如圖3.4.1繼電器工作過程理論知識這樣，混合動力車輛控制ECU總成便可確認(rèn)相關(guān)繼電器已正確斷開。在整個過程中，HV系統(tǒng)的電壓如圖3.4.1繼電器工作過程理論知識可以看出，車輛停車時HV蓄電池輸出電壓為零，當(dāng)SMRB和SMRP閉合后，由于預(yù)充電電阻的存在HV系統(tǒng)電壓低于正常電壓，當(dāng)SMRG閉合后，HV系統(tǒng)電壓升高到正常電壓。3.4.1繼電器工作過程理論知識1.充電狀態(tài)充電狀態(tài)（StateofCharge）主要指充電率，如圖3.4.2能量管理理論知識HV蓄電池的電壓、溫度以及放電/放電電流等信號輸送給HV蓄電池智能單元（蓄電池電壓傳感器），HV蓄電池智能單元（蓄電池電壓傳感器）將信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后，通過串行通信將其傳輸至混合動力車輛控制ECU總成?；旌蟿恿囕v控制ECU總成通過這些信號來計算確定SOC。如圖3.4.2能量管理理論知識混合動力車輛控制ECU總成根據(jù)蓄電池電流傳感器檢測的充電/放電電流計算HV蓄電池的SOC，根據(jù)計算出的SOC持續(xù)執(zhí)行充電/放電控制，以將SOC保持在目標(biāo)范圍內(nèi)。HV蓄電池溫度和HV蓄電池電壓信號作為計算過程中的修正信號來修正計算。如圖3.4.2能量管理理論知識車輛行駛過程中，HV蓄電池經(jīng)過反復(fù)的充電/放電循環(huán)，這是因?yàn)椋很囕v加速過程中MG2放電；在減速過程中由再生制動充電；SOC過低時，混合動力車輛控制ECU總成提高發(fā)動機(jī)輸出功率，通過MG1發(fā)電對HV蓄電池進(jìn)行充電。例如SOC的控制目標(biāo)值約為60%，最大值約為80%（通?？刂粕舷藜s為75%），最小值約為20%（通?？刂葡孪藜s為30%）。超過上限即為充電過度，低于下限即為放電過度。3.4.2能量管理理論知識2.充電狀態(tài)和電流充電狀態(tài)的計算是基于電流監(jiān)測進(jìn)行計算的。電流通過串聯(lián)在正極母線上的電流傳感器獲得。當(dāng)輸出電流較大時，電壓下降也較快。同理，充電電流較大時，電壓上升也較快。3.充電狀態(tài)和電壓電壓的獲得通過HV蓄電池上的10個電壓傳感器獲得。3.4.2能量管理理論知識隨著充電的進(jìn)行，電壓逐漸升高，但是升高的速率越來越慢，直至到達(dá)規(guī)定電壓。3.4.2能量管理理論知識4.電壓和溫度充電狀態(tài)下降相同時，電壓下降是也會因溫度不同而不同。溫度通過HV蓄電池上的3個溫度傳感器獲得。以同等電流向外輸出，不同溫度下電池的電壓降如圖3.4.2能量管理理論知識可以看出，當(dāng)溫度為0℃時，蓄電池電壓下降較快，下降幅度為60V，而當(dāng)溫度為30℃時，蓄電池電壓下降較慢，下降幅度為30V。理論上，HV電池可以基本實(shí)現(xiàn)對對每一塊（或組）蓄電池充電狀態(tài)監(jiān)控如圖混動卡羅拉轎車HV蓄電池上裝有10個電壓傳感器，進(jìn)行分組監(jiān)控。3.4.2能量管理理論知識5.能量監(jiān)視器在混動卡羅拉轎車儀表板上，有能量監(jiān)視器，SOC顯示在能源監(jiān)視器上。3.4.2能量管理理論知識在監(jiān)視器上，充電狀態(tài)用8條線段表示，但是要注意：8條線段不代表充電狀態(tài)100%，一般代表額定容量的75-80%，0條線段也不代表充電狀態(tài)0%，一般代表額定容量的20-30%。SOC顯示根據(jù)車型的不同而不同。SOC值的顯示如下示例所示（8格顯示）。SOC顯示使用時滯以防止因蓄電池充電級別改變導(dǎo)致充電級棒圖閃爍。因此，由于時滯影響，SOC在IG切換至OFF前后的顯示可能不同。3.4.2能量管理理論知識6.能量的輸出輸出的功率由蓄電池的溫度控制而不是根據(jù)充電狀態(tài)。輸出能量要滿足以下條件：1）溫度正常；2）荷電狀態(tài)正常，不能低于或高于規(guī)定溫度；3）蓄電池電壓正常，不能低于下限；當(dāng)滿足以上三個條件是，HV蓄電池向外輸出能量。當(dāng)HV蓄電池系統(tǒng)發(fā)生故障時，HV蓄電池輸出下降的部分由發(fā)動機(jī)輸出的增加代替，這樣對駕駛性能沒有影響3.4.2能量管理理論知識HV蓄電池對外通訊主要通過HV蓄電池智能單元實(shí)現(xiàn)，如圖3.4.3HV蓄電池對外通訊理論知識可以看出，HV蓄電池智能單元和混合動力車輛控制ECU通訊，實(shí)現(xiàn)對HV蓄電池電壓、電流及絕緣情況的上報，通過串行通訊方式進(jìn)行?；靹榆囕v控制ECU直接控制三個繼電器（SMRB、SMRG及SMRP）、鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)扇繼電器、鼓風(fēng)機(jī)電動機(jī)控制器。3.4.3HV蓄電池對外通訊理論知識HV蓄電池輸出電壓較高，為了保證安全，防止蓄電池和車身短接造成漏電事故，在電池內(nèi)部設(shè)置了絕緣監(jiān)測。通過檢測絕緣電阻值大小來判定是否發(fā)生漏電事故。檢測電路如圖3.4.4絕緣監(jiān)測理論知識絕緣監(jiān)測電路置于HV蓄電池智能單元（蓄電池電壓傳感器）內(nèi)部，當(dāng)高壓電路和外部車身搭鐵絕緣時，絕緣電阻值可認(rèn)為無窮大，為斷路狀態(tài)。HV蓄電池智能單元（蓄電池電壓傳感器）內(nèi)部的交流電源不斷的發(fā)出交流電壓信號，經(jīng)過檢測電阻器后通過高壓電路中的電容器接地，HV蓄電池智能單元中的電壓檢測為絕緣電阻器電壓，電壓值為交流電源電壓。高壓電路中為直流電，由于絕緣電阻附近電容的阻隔作用，直流電不能通過電容搭鐵，因此交流電壓信號不受影響。當(dāng)發(fā)生絕緣故障后，絕緣電阻值變小，此時檢測電阻器和絕緣電阻串聯(lián)，由于絕緣電阻的分壓作用使絕緣電阻器上電壓降低，HV蓄電池智能單元檢測到檢測電阻器電壓降低則認(rèn)為發(fā)生了絕緣故障。該電壓越低，絕緣電阻值越小，即漏電情況越嚴(yán)重。3.4.4絕緣監(jiān)測拓展閱讀電池壽命估算拓展閱讀目前對動力電池日歷壽命期望值是10～15年。正是由于電池的壽命比較有限，所以估計電池的健康狀態(tài)對于修正SOC、及時更換老化電池，保證整個電動車的運(yùn)行性能具有重要意義。國內(nèi)外對于SOH的估計主要考慮以下幾方面因素：（1）內(nèi)阻/阻抗/電導(dǎo)率；（2）容量；（3）電壓；（4）自放電率；（5）可充電能力；（6）充/放電蓄循環(huán)次數(shù)。3.4.5電池壽命估算拓展閱讀國外有關(guān)學(xué)者利用預(yù)測算法估計電池SOH：（1）基于卡爾曼濾波算法的壽命狀態(tài)估計該類估計算法主要由GregoryL.Plett提出的一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波法（ExtendedKalmanFilter）的電池SOH估計算法。（2）基于其他數(shù)字濾波算法的壽命狀態(tài)估計H.Nakamura等提出了一種基于自適應(yīng)數(shù)字濾波算法的電池內(nèi)部狀態(tài)估計，該方法為電池建立了一個等效物理模型，利用相關(guān)參數(shù)進(jìn)行估計得到電池的SOH。其估計算法實(shí)際是一個遞推的最小二乘法。關(guān)于SOH的估計，工程上主要采用的辦法是做不同工況不同溫度范圍下電池的壽命衰減實(shí)驗(yàn)。工況主要有城市工況、鄉(xiāng)村工況、山區(qū)工況、高速路工況；不同溫度主要是指不同季節(jié)的不同溫度范圍；在實(shí)際運(yùn)行中，將運(yùn)行狀況進(jìn)行評估，等效為某種工況，利用已知數(shù)據(jù)進(jìn)行SOH估計。此外，SOH估計還有以下幾種方法：3.4.5電池壽命估算拓展閱讀（1）放電測試把充滿電的電池，以標(biāo)定倍率放電，所能放出的電量與額定容量比較，得出電池的SOH值；這種方法會中斷BMS的工作而且浪費(fèi)電池的能量，所以在HEV中，不適合采用。（2）電化學(xué)測試測量電池的電極腐蝕程度和電解液密度來估計SOH值。（3）歐姆測試對電池的電阻值、電導(dǎo)值或阻抗值進(jìn)行測試，結(jié)合模糊邏輯算法，來估計SOH。（4）部分放電法采用部分放電法得到電池的各項(xiàng)參數(shù)，那么將這些參數(shù)與性能完好的電池參數(shù)相比較，估計得到SOH值。3.4.5電池壽命估算實(shí)踐技能HV繼電器總成的檢查與更換混合卡羅拉HV蓄電池的更換實(shí)踐技能操作中，請嚴(yán)格按照安全規(guī)范進(jìn)行操作安全提示實(shí)踐技能1.HV繼電器總成的拆卸（1）拆卸維修塞（2）斷開發(fā)動機(jī)室主線束（3）拆下連接器蓋總成（4）檢查端子電壓（5）安裝連接器蓋總成1）佩戴絕緣手套，將連接器蓋總成安裝到HV地板底部線束。3.4.6HV繼電器總成的檢查與更換實(shí)踐技能2）安裝螺栓，扭矩為8.0N*m3.4.6HV繼電器總成的檢查與更換實(shí)踐技能3）使用TORX梅花套筒扳手T20，安裝螺栓。扭矩為4.5N*m。（6）連接發(fā)動機(jī)室主線束按照要求和操作規(guī)范，將發(fā)動機(jī)室主線束連接，并確保連接到位。（7）拆卸后排座椅總成按照要求和操作規(guī)范，將后排座椅拆下。3.4.6HV繼電器總成的檢查與更換實(shí)踐技能（8）拆卸HV蓄電池右側(cè)蓋分總成1）佩戴絕緣手套，用維修塞拆下蓄電池蓋鎖扣2）從HV蓄電池上拆下5個螺母和HV蓄電池右側(cè)蓋分總成。3.4.6HV繼電器總成的檢查與更換實(shí)踐技能（9）拆卸HV蓄電池繼電器總成1）佩戴絕緣手套，斷開兩個HV蓄電池繼電器總成連接器，如圖斷開后用絕緣膠帶將斷開的連接器絕緣。3.4.6HV繼電器總成的檢查與更換實(shí)踐技能2）從HV蓄電池上斷開屏蔽搭鐵3）斷開4個HV蓄電池繼電器總成連接器4）從HV蓄電池上拆下4個螺母和HV蓄電池繼電器總成3.4.6HV繼電器總成的檢查與更換實(shí)踐技能2.HV蓄電池繼電器總成的檢查（1）檢查SMRB3.4.6HV繼電器總成的檢查與更換實(shí)踐技能未在端子L50-1（SMRB）和L50-3（GND）之間施加輔助蓄電池電壓的情況下，測量W2-1（CBI）和t2-1（+）之間的電阻，阻值應(yīng)為10kΩ或更大，在端子L50-1（SMRB）和L50-3（GND）之間施加輔助蓄電池電壓的情況下，測量W2-1（CBI）和t2-1（+）之間的電阻，阻值應(yīng)小于1Ω。在-40℃到80℃的溫度下，測量端子L50-1（SMRB）和L50-3（GND）之間電阻，阻值應(yīng)為20.6至40.8Ω之間。如不符合規(guī)定，則更換HV蓄電池繼電器總成。3.4.6HV繼電器總成的檢查與更換實(shí)踐技能（2）檢查SMRG3.4.6HV繼電器總成的檢查與更換實(shí)踐技能未在端子L50-4（SMRG）和L50-3（GND）之間施加輔助蓄電池電壓的情況下，測量W2-1（CBI）和t2-1（+）之間的電阻，阻值應(yīng)為10kΩ或更大，在端子L50-4（SMRG）和L50-3（GND）之間施加輔助蓄電池電壓的情況下，測量W2-1（CBI）和t2-1（+）之間的電阻，阻值應(yīng)小于1Ω。在-40℃到80℃的溫度下，測量端子L50-4（SMRG）和L50-3（GND）之間電阻，阻值應(yīng)為20.6至40.8Ω之間。如不符合規(guī)定，則更換HV蓄電池繼電器總成。3.4.6HV繼電器總成的檢查與更換實(shí)踐技能（3）檢查SMRP3.4.6HV繼電器總成的檢查與更換實(shí)踐技能未在端子L50-2（SMRP）和L50-3（GND）之間施加輔助蓄電池電壓的情況下，測量W2-1（CBI）和t2-1（+）之間的電阻，阻值應(yīng)為10kΩ或更大，在端子L50-2（SMRP）和L50-3（GND）之間施加輔助蓄電池電壓的情況下，測量W2-1（CBI）和t2-1（+）之間的電阻，阻值應(yīng)24.3-29.7Ω之間。在-40℃到80℃的溫度下，測量端子L50-2（SMRP）和L50-3（GND）之間電阻，阻值應(yīng)為140至290Ω之間。如不符合規(guī)定，則更換HV蓄電池繼電器總成。3.4.6HV繼電器總成的檢查與更換實(shí)踐技能（2）安裝HV蓄電池右側(cè)蓋分總成1）佩戴絕緣手套，用5個螺母將HV蓄電池右側(cè)蓋分總成安裝到HV蓄電池上。扭矩為7.5N*m。2）安裝蓄電池蓋鎖扣，然后按下按鈕以將其鎖止。3.4.6HV繼電器總成的檢查與更換實(shí)踐技能3）安裝后排座椅總成按照要求和操作規(guī)范，將后排座椅總成安裝到位。4）安裝維修塞按照要求和操作規(guī)范，將維修塞安裝到位。3.4.6HV繼電器總成的檢查與更換實(shí)踐技能1.安全事項(xiàng)混動卡羅拉HV蓄電池電壓為201V左右，在進(jìn)行更換時，要注意高壓安全。具體如下：1）將電源開關(guān)置于OFF位置后，拆輔助蓄電池負(fù)極（-）端子電纜前，可能需要等待一段時間，因此，繼續(xù)工作前，確保閱讀斷開輔助蓄電池負(fù)極（-）端子電纜的注意事項(xiàng)；2）斷開并重新連接電纜后，某些系統(tǒng)需要初始化；3）如果HV蓄電池曾受過敲擊或曾掉落，則將其更換。4）講連接器連接至HV蓄電池時，通過下列操作確認(rèn)連接器連接牢固：推動連接器直至聽到一聲咔嗒聲；通過拉動目視檢查并確認(rèn)連接器連接牢固。3.4.7混合卡羅拉HV蓄電池的更換實(shí)踐技能5）在HV蓄電池周圍進(jìn)行維修時（例如敲擊），不要讓金屬屑進(jìn)入HV蓄電池。6）不要徒手觸摸任何高壓線束、連接器或零件。7）不要讓異物，如油脂或機(jī)油，粘附到HV蓄電池的螺栓或螺母上。8）不要將手放入HV蓄電池的開口內(nèi)。9）不要爬到HV蓄電池頂部或站在HV蓄電池上。10）不要讓任何異物或水進(jìn)入HV蓄電池。11）如果任何螺栓、螺母或卡子掉入HV蓄電池內(nèi)，確保將其取出。3.4.7混合卡羅拉HV蓄電池的更換實(shí)踐技能2.HV蓄電池的更換在更換HV蓄電池之前，為確保安全，要拔出HV蓄電池的維修塞。（1）拆卸維修塞1）檢查DTC。2）斷開輔助蓄電池負(fù)極端子電纜，松開螺母并斷開輔助蓄電池負(fù)極（-）端子電纜。3）拆卸備胎罩。4）拆卸行李箱前裝飾罩：分離兩個緊固件并拆下行李箱前裝飾罩。3.4.7混合卡羅拉HV蓄電池的更換實(shí)踐技能5）拆卸8號HV蓄電池屏蔽板：從HV蓄電池上拆下2個螺母和8號HV蓄電池屏蔽板。6）拆卸維修塞：佩戴絕緣手套，轉(zhuǎn)動維修塞的手柄，并拆下維修塞。拆裝后要把拆下的維修塞放入口袋中，以防止其他技師在維修車輛期間將其意外重新連接，不要觸摸維修塞的端子，如果維修塞收到撞擊或曾經(jīng)掉落過，則將其更換。拆下維修塞后，不要把電源開關(guān)置于ON（READY）位置，以防止其他故障出現(xiàn)。3.4.7混合卡羅拉HV蓄電池的更換實(shí)踐技能（2）HV蓄電池的拆卸1）拆卸HV蓄電池端子盒：佩戴絕緣手套，拆下螺栓。斷開兩個HV蓄電池端子盒連接器，從HV蓄電池上拆下HV動力蓄電池端子盒。2）拆卸HV蓄電池右側(cè)蓋分總成：佩戴絕緣手套，將維修塞把手的凸出部分插入蓄電池蓋鎖扣相應(yīng)的位置，逆時針轉(zhuǎn)動HV蓄電池蓋鎖扣的按鈕，拆下鎖扣。從HV蓄電池上拆下5個螺母和HV蓄電池右側(cè)蓋分總成。3.4.7混合卡羅拉HV蓄電池的更換實(shí)踐技能3）拆卸HV蓄電池接線盒總成：佩戴絕緣手套，斷開兩個HV蓄電池接線盒總成連接器，用絕緣膠帶將斷開的連接器絕緣，從HV蓄電池上斷開屏蔽搭鐵。斷開4個HV蓄電池接線盒總成連接器，用絕緣膠帶將斷開的連接器絕緣。從HV蓄電池上拆下4個螺母和HV蓄電池接線盒總成。拆卸過程中，不要造成HV蓄電池接線盒總成卡滯或掉落，如卡滯或掉落則需更換新的總成。4）拆卸車內(nèi)3號電子鑰匙天線總成。3.4.7混合卡羅拉HV蓄電池的更換實(shí)踐技能5）拆卸HV蓄電池1號進(jìn)氣管。6）拆卸HV蓄電池冷卻鼓風(fēng)機(jī)總成。7）拆卸HV動力蓄電池2號進(jìn)氣管：分離2個卡座，從HV蓄電池上拆8）拆卸HV蓄電池：佩戴絕緣手套，斷開互鎖連接器并分離卡夾。下HV蓄電池2號進(jìn)氣管3.4.7混合卡羅拉HV蓄電池的更換實(shí)踐技能從車輛上拆下4個螺栓（A）、2個螺栓（B）和HV蓄電池3.4.7混合卡羅拉HV蓄電池的更換實(shí)踐技能a-螺栓A（螺栓長度25mm）；b-螺栓B（螺栓長度24mm）拆卸時要注意，不要讓異物，如油脂或機(jī)油粘附到HV蓄電池的螺栓上，確保用絕緣膠帶或同等產(chǎn)品捆住線束，以防其卡住。使用硬紙板或其他累死材料保護(hù)HV蓄電池和車身，以防損壞。拆卸時，要握住圖中所示部位，并提起HV蓄電池3.4.7混合卡羅拉HV蓄電池的更換實(shí)踐技能3.4.7混合卡羅拉HV蓄電池的更換實(shí)踐技能因其較重，需要2人拆下，拆下時，小心不要損壞其周圍零件，不要使其接觸到車輛，拆卸、安裝或移動HV蓄電池時，確保其傾斜角度不要超過80°。拆卸后，要用絕緣膠帶將斷開的端子或連接器絕緣。3.4.7混合卡羅拉HV蓄電池的更換實(shí)踐技能