《新能源汽車動力電池及充電管理》課件-任務6 新能源汽車動力電池管理系統(tǒng)故障診斷與檢修

任務6新能源汽車動力電池管理系統(tǒng)故障診斷與檢修目錄CONTENTS動力電池管理系統(tǒng)電源故障檢修1動力電池管理系統(tǒng)通訊故障檢修2動力電池管理系統(tǒng)信號故障檢修3高壓互鎖故障檢修4情景導入假如你在一家4S店擔任維修學徒的工作，某日維修接待接手一輛該品牌純電動車輛。該車輛電池管理系統(tǒng)故障燈點亮，無法高壓上電，需要你來判斷具體故障出在哪里，并進行維修。教學目標知識目標掌握動力電池管理系統(tǒng)中電源、通訊、信號系統(tǒng)的結構和工作原理；掌握動力電池管理系統(tǒng)的高壓互鎖系統(tǒng)的結構和工作原理；能力目標能正確診斷動力電池管理系統(tǒng)的電源、通訊、信號故障，并進行檢修；能正確診斷動力電池管理系統(tǒng)的高壓互鎖故障，并進行檢修；素質目標養(yǎng)成求真務實的精神；培養(yǎng)善于觀察、總結的習慣；培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。6.1動力電池管理系統(tǒng)電源故障檢修01高壓系統(tǒng)元件組成及作用如圖所示為比亞迪E5高壓元件的電路。1.高壓配電箱

高壓配電箱（HVDB，HighVoltageDistributionAssembly）位于機倉內，高壓配電箱的作用是為電動汽車的驅動電機變頻器供電，變頻器將高壓直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟?；為傳統(tǒng)的電氣元件供電。2.空調壓縮機電動空調經變頻空調壓縮機內的變頻器逆變?yōu)榻涣麟娊o電機的定子線圈，電機轉子帶動渦旋式空調壓縮機的吸入低溫、氣態(tài)制冷劑，排出高溫、液壓制冷劑。3.PTC加熱器PTC加熱器為電動汽車空調蒸發(fā)箱內的高壓電加熱元件供電。高壓電加熱元件為正溫度系數(shù)（PTC）元件，隨加熱溫度提高電阻增大，電流得以自動限制，防止了過熱。01高壓系統(tǒng)元件組成及作用4.直流直流轉換器直流/直流轉換器簡稱DC/DC，作用是將電池箱電壓降為14V為12V鉛酸蓄電池充電。5.直流充電口繼電器直流充電口作用是在不充電時直流充電口正極和負極繼電器都斷開，可防止人員（特別是小孩）因意外接觸直流充電口遭到電擊傷害。6.交流充電繼電器交流充電繼電器的作用是在交流充電過程中專門提供一個工作路徑。單相交流電L1、N的電能經車載充電機給高壓蓄電池充電或三相交流充電L1、L2、L3的電能流經變頻器內部的快速充電機給鋰離子蓄電池充電時經交流充電繼電器接通鋰離子蓄電池的正極。01高壓系統(tǒng)元件組成及作用

7.分壓繼電器在需要電池箱內的電池組與電池組之間斷開時（比如：在打開電池箱后需要在較安全的電壓下操作時）分壓繼電器提供了自動斷開操作。8.保險絲電池組內部的保險絲可在拆開電池箱時出現(xiàn)電池組外部通過殼體短路時提供保護，同時在變頻器控制失效或電池包外部正、負線路間短路時起保護作用。02電池管理系統(tǒng)對繼電器的控制駕駛員操作供電開關和制動踏板開關給車身控制器BCM和整車控制器VCU（傳統(tǒng)燃油汽車車身控制器BCM內置有電源管理控制ECU的簡單功能）提供駕駛員意圖信號。由車身控制器BCM控制IG繼電器工作，同時整車控制器VCU向電池管理系統(tǒng)BMS發(fā)送啟動信號，BMS控制正極繼電器、預充繼電器、負極繼電器先工作給變頻器內的電容器充電，當電機控制器MCU檢測電容兩端的上升電壓接近動力蓄電池電壓時，MCU向BMS發(fā)送預充滿的信息，這時正極主繼電器的開關閉合工作，然后預充繼電器開關斷開，退出工作。高壓配電箱上電完成后，儀表點亮“OK”燈，向駕駛員指示上電完成。02電池管理系統(tǒng)對繼電器的控制視頻：高壓繼電器認知與檢查（見智慧職教MOOC任務2-6）03動力電池管理系統(tǒng)故障燈及對應故障等級1.儀表盤故障指示燈解讀動力電池管理系統(tǒng)（BMS）出現(xiàn)故障時，儀表盤通常會點亮故障指示燈，相關的指示燈含義見右表。同時，通常還會在儀表上只顯示動力電池故障、動力電池絕緣故障及動力電池系統(tǒng)斷開三種故障信息的文字說明。2.動力電池管理系統(tǒng)故障級別分類根據故障對整車的影響，動力電池管理系統(tǒng)故障劃分為三個等級：（1）一級故障（非常嚴重）動力電池上報該故障一段時間后會造成整車出現(xiàn)安全事故，如起火、爆炸、觸電等。動力電池在正常工作下不會上報該故障，BMS一旦上報該故障表明動力電池處于嚴重濫用狀態(tài)。03動力電池管理系統(tǒng)故障燈及對應故障等級（2）二級故障（嚴重）動力電池上報該故障會造成整車進入跛行、暫時停止能量回饋、停止充電。動力電池正常工作下不會上報該故障，BMS一旦上報該故障表明動力電池某些硬件出現(xiàn)故障或動力電池處于非正常工作的條件下。（3）三級故障（輕微）動力電池上報該故障對整車無影響或不同程度的造成整車進入限功率行駛狀態(tài)。動力電池正常工作狀態(tài)可能上報該故障，BMS一旦上報該故障表明動力電池處于極限環(huán)境溫度下或單體電池一致性出現(xiàn)一定劣化等。03動力電池管理系統(tǒng)故障燈及對應故障等級

一級故障名稱和編碼對照表

3.動力電池管理系統(tǒng)故障級別的名稱和編碼不同級別的故障，有對應的故障名稱、故障編碼以及對整車的影響。各故障級別中，相同的故障名稱，根據故障程度級別不同，以不同故障代碼區(qū)分。另外，不同批次車輛，相同的故障名稱不同故障編碼，以診斷儀顯示的編碼和解釋為準。（1）一級故障名稱和編碼對照表一級故障名稱和編碼對照表見右表03動力電池管理系統(tǒng)故障燈及對應故障等級二級故障名稱和編碼對照表（2）二級故障名稱和編碼對照表二級故障名稱和編碼對照表見右表。03動力電池管理系統(tǒng)故障燈及對應故障等級（3）三級故障名稱和編碼對照表三級故障名稱和編碼對照表見右表。三級故障名稱和編碼對照表比亞迪車系電池箱內的高壓元件組成與作用123電池管理系統(tǒng)對高壓系統(tǒng)的控制動力電池管理系統(tǒng)故障燈及對應故障等級任務小結課后作業(yè)：比亞迪電池管理系統(tǒng)能否對高壓系統(tǒng)的繼電器進行主動測試？6.2動力電池管理系統(tǒng)通訊故障檢修

電池管理系統(tǒng)供電和控制為低壓電路，而電池電路屬于高壓電路，高低壓之間的通訊采用隔離通訊。任務分析01電池管理系統(tǒng)的電池子監(jiān)控單元在采集電池單體或模組電壓后，經過ADC轉換后，并不是直接進入MCU，而是要經過通訊隔離芯片再進入MCU，這樣做的目的是實現(xiàn)高壓和低壓部分隔離。高壓和低壓部分隔離02I2C集成電路的隔離電路

I2C(Inter-IntegratedCircuitBUS)集成電路總線，該總線由NXP（原PHILIPS）公司設計，多用于主控制器和從器件間的主從通信，在小數(shù)據量場合使用，傳輸距離短，任意時刻只能有一個主機等特性。傳輸速率在標準模式下可以達到100kb/s,快速模式下可以達到400kb/s。只要求兩條總線線路，一條是串行數(shù)據線SDA，一條是串行時鐘線SCL。I2C是半雙工，而不是全雙工。每個連接到總線的器件都可以通過唯一的地址和其它器件通信，主機/從機角色和地址可配置，主機可以作為主機發(fā)送器和主機接收器。I2C是真正的多主機總線，（而這個SPI在每次通信前都需要把主機定死，而I2C可以在通訊過程中，改變主機），如果兩個或更多的主機同時請求總線，可以通過沖突檢測和仲裁防止總線數(shù)據被破壞。連接到總線的IC數(shù)量只是受到總線的最大負載電容400pf限制。02I2C集成電路的隔離電路如圖所示：ADC是從電池模組采集的電壓信號，這個電壓為高壓，經ADC轉換后，經SDA2線把數(shù)據傳至隔離通訊用芯片（ISO1541-Q1），經內部隔離電路后再經SDA1向左側的MCU（微控制器）傳遞數(shù)據。工作原理03

SCL線是串行時鐘，CLK1IN和CLK2IN是時鐘輸入監(jiān)控，CLK1OUT或CLK2OUT是時鐘控制。SDA線是串行數(shù)據，DATA1IN和DATA2IN是接收端，DATA1OUT或DATA2OUT是數(shù)據輸出的控制。

在時鐘的高電平周期內，SDA線上的數(shù)據必須保持穩(wěn)定，數(shù)據線僅可以在時鐘SCL為低電平時改變。起始條件：當SCL為高電平的時候，SDA線上由高到低的跳變被定義為起始條件，結束條件：當SCL為高電平的時候，SDA線上由低到高的跳變被定義為停止條件，要注意起始和終止信號都是由主機發(fā)出的，連接到I2C總線上的器件，若具有I2C總線的硬件接口，則很容易檢測到起始和終止信號?？偩€在起始條件之后，視為忙狀態(tài)，在停止條件之后被視為空閑狀態(tài)。每當主機向從機發(fā)送完一個字節(jié)的數(shù)據，主機總是需要等待從機給出一個應答信號，以確認從機是否成功接收到了數(shù)據，從機應答主機所需要的時鐘仍是主機提供的，應答出現(xiàn)在每一次主機完成8個數(shù)據位傳輸后緊跟著的時鐘周期，低電平0表示應答，1表示非應答。I2C（集成電路總線）在電池管理系統(tǒng)的應用12線路工作原理任務小結課后作業(yè)：I2C（集成電路總線）與同步通訊原理是否相同？6.3動力電池管理系統(tǒng)信號故障檢修任務導入

電池管理子系統(tǒng)菊花鏈總線的原理認知是學生必須掌握的知識之一。

電池管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)之間采用CAN總線或菊花鏈總線，發(fā)展趨勢是菊花鏈總線，作為一種新的總線，有必要了解其優(yōu)點和具體硬件組成。任務分析任務目標菊花鏈級聯(lián)電路。通訊的級聯(lián)。菊花鏈級聯(lián)通信的幾種電路設計。任務目標01菊花鏈級聯(lián)電路為保證通信節(jié)點出現(xiàn)故障后，只有故障節(jié)點不參與通信，其它控制單元仍可工作，放棄了普通CAN（可能造成數(shù)據大量丟失）而采用菊花鏈級聯(lián)電路。好處是數(shù)據是逐節(jié)點積累再發(fā)送，下一節(jié)點再積累再發(fā)送。另一個好處是發(fā)送可以反向進行，當正向積累發(fā)送有困難，還有反向發(fā)送功能。如圖所示為電池子網電池監(jiān)測器的級聯(lián)，電池監(jiān)測器采用COMMH+、COMMH-、FAULTH-、FAULTH+實現(xiàn)通訊級聯(lián)。01菊花鏈級聯(lián)電路視頻：電池管理子系統(tǒng)菊花鏈總線的原理認知（見智慧職教MOOC任務2-6）02通訊的級聯(lián)

如圖所示通訊級聯(lián)電路，此電容隔離型通信鏈路能夠有效抑制共模噪聲。菊花鏈中的每個器件可對信號驅動電平起緩沖作用。信號不會被重新同步時鐘或濾波；信號通過器件后不會發(fā)生變化，并且無論目標器件如何，所有級聯(lián)都可以看見所有數(shù)據序列。菊花鏈級聯(lián)通信的幾種電路設計03

（1）同一PCB上各器件之間進行菊花鏈通信如圖所示，當同一PCB上存在多個以菊花鏈形式連接的電池監(jiān)測器件時，使用以下的電路以確保后端通信達到最佳性能。菊花鏈級聯(lián)通信的幾種電路設計03

（2）用電纜隔開的級聯(lián)器件許多應用會要求將多組以菊花鏈形式連接的電池監(jiān)測器件用電纜隔開。電纜會使應用面臨更多挑戰(zhàn)。推薦的雙絞線電路如圖所示。電池管理子系統(tǒng)采用菊花鏈級聯(lián)電路的必要性。123通訊的級聯(lián)方式。菊花鏈級聯(lián)通信的兩種電路設計。任務小結課后作業(yè)：上網查找汽車電池管理系統(tǒng)的菊花鏈總線網絡的脈沖信號和0或1之間的對應關系，以及網速。6.4高壓互鎖故障檢修任務分析

為實現(xiàn)電動汽車的高壓元件在修理人員操作時的安全，也為避免非專業(yè)修理人員的強行錯誤操作產生電擊，電動汽車在高壓元件上設計有互鎖開關。01互鎖開關分類1.1從互鎖線路經過的插頭種類進行分類

（1）高壓互聯(lián)鎖開關（插頭）

（2）低壓互聯(lián)鎖開關（插頭）01互鎖開關分類1.2從高壓互鎖線路是否全部經過所有高壓部件分類

（1）一套互鎖線路（2）多套互鎖線路01互鎖開關分類1.3從高壓互鎖線路是否能精確判定高壓斷開位置，分為只判定高壓互鎖電路有斷開，不判定哪個元件斷開和能精確判定元件斷開位置（1）不能精確判定元件斷開位置（2）能精確判定元件斷開位置01互鎖開關分類1.4根據互鎖檢查線路的信號源的信號型式分類（1）直流電壓型（2）脈沖電壓型02典型互鎖開關電路及測量

如圖所示為典型電動汽車的互鎖電路，其工作原理如下：車輛控制單元（VCU）內的恒壓源或脈沖源經上拉電阻流出電流，電流經低壓插座進入變頻器（功率電子單元）內部，經變頻器內部一個開蓋檢測開關后再經低壓插座流出進入車載充電機的低壓插件流入，經高壓插座內的U形線和開蓋檢測開關流出進入到電動空調壓縮機的低壓插件流入，經高壓插座內的U形線流出，再經低壓插件流出進入空調PTC加熱控制單元的低壓插件，經高壓插座內的U形線流出，再經低壓插件流出，流出的電流可直接接地，也可接回車輛控制單元（VCU）。2.1典型互鎖開關電路02典型互鎖開關電路及測量（1）電壓法

斷開高壓元件的低壓線束，用萬用表電壓檔測量每個高壓元件的低壓插座的輸入線，如圖(b)點、