《新能源汽车电池及管理系统检修》教案-第8课-电池管理系统(三)

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课题电池管理系统（三）课时4课时（180min）教学目标知识技能目标：（1）掌握BMS故障诊断及检修方法（2）熟悉BMS故障自诊断的控制策略及检测方法（3）能检修BMS电源故障素质目标：（1）具有安全、规范操作的意识及综合职业能力（2）具有自主学习的意识，以及分析问题、解决问题的能力教学重难点教学重点：掌握BMS故障诊断及检修方法；熟悉BMS故障自诊断的控制策略及检测方法教学难点：检修BMS电源故障教学方法情景模拟法、问答法、讨论法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学过程主要教学内容及步骤课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，组织学生下载“任务工单——检修BMS故障”，并根据任务工单进行组内分工，同时提醒同学通过APP或其他学习软件，收集BMS电源故障的相关资料，并进行了解【学生】提前上网观看相关资料，熟悉教材考勤【教师】使用APP进行签到【学生】按照老师要求签到互动导入【教师】讲述“帝豪EV450的BMS故障”案例，并提出问题请简要说明判断上述故障的依据。【学生】聆听、思考、讨论、回答传授新知【教师】通过大家的发言，引入新的知识点，讲解BMS故障诊断、检修方法；BMS故障自诊断的控制策略及检测方法BMS故障诊断具有两方面的含义：BMS对自身运行状态进行检测（即BMS故障自诊断）；当BMS检测到故障时系统将进入故障模式并上报故障码。BMS在任何工况下检测到故障，均进入故障模式，同时上报故障状态和相关故障码。BMS判断故障等级并进行相应处理，这是对车辆和驾乘人员的保护。故障诊断则是车辆出现故障现象后，维修人员根据出现的故障现象对车辆进行检查、测试，进而根据结果分析故障点及成因，为后期排除故障提供决策与支持。3.3.1BMS故障自诊断1．BMS故障自诊断的控制策略1）预先危险性分析【教师】通过多媒体展示“动力蓄电池系统PHA的主要内容”表格，并进行讲解在制订BMS故障自诊断的检测方案之前，应先分析BMS故障自诊断所需要检测的故障类型。因此，需要对动力蓄电池系统进行预先危险性分析（preliminaryhazardanalysis，PHA），其目的在于识别危险源、评价危险程度、提出应对措施。2）故障处理策略根据动力蓄电池系统每个部件的故障对系统影响的大小，可以将动力蓄电池系统故障的严重等级分为无故障、一级故障、二级故障、三级故障4个级别。以某车型为例，当某个故障发生时，BMU会根据该故障对应的等级采取相应的故障处理措施。当发生严重故障时，BMU会及时关断高压接触器，以确保新能源汽车电池及管理系统检修整车高压系统的安全。（1）无故障状态，即车辆正常运行状态，表示动力蓄电池系统无故障发生。（2）一级故障为警告故障，表示动力蓄电池系统存在轻微故障，不影响车辆的正常运行，仅进行故障提示。（3）二级故障为限功率故障，车辆将采取限功率运行、限转矩运行、跛行运行等处理方式。限功率运行方式有两种：一种为以充放电功率为限制条件的直接限功率；另一种为以驱动电机输出转矩或回馈转矩为限制条件的间接限功率。当车辆触发深度限功率后，车辆会进入跛行运行状态，以保证驾乘人员及车辆的安全。当限功率故障恢复后，VCU会逐渐恢复动力蓄电池系统的输出功率，直至车辆达到全功率运行状态。（4）三级故障为最高等级的故障，一般为车辆碰撞信号、正负极高压绝缘均发生严重到危及驾乘人员及车辆安全的故障。对于三级故障，处理策略为停止车辆运行或断开高压电路。如果车辆在行驶过程中出现三级故障，处理策略一般又可分为直接处理和限功率后处理两种。2．BMS故障自诊断的检测方法BMS故障自诊断的检测方法一般包括物理化学检测法、信号处理检测法、基于模型检测法等。（1）物理化学检测法：通过观察，检测目标运行过程中的物理、化学状态所进行的故障自诊断，如分析电压、电流、温度、挥发气体的变化，并与默认阈值进行比较，从而进行故障自诊断。（2）信号处理检测法：通过检测目标运行过程中的信号状态所进行的故障自诊断，如分析信号时域、频域的变化，信号内容和时序与阈值之间的差异，从而进行故障自诊断。（3）基于模型检测法：根据模型进行计算求解，以评估故障状态的故障自诊断。该方法适用于不易检测的状态（如SOC、SOH等）、较为复杂的状态（如SOS）。3．与BMS故障自诊断有关的故障指示灯1）动力系统故障指示灯【教师】通过多媒体展示“动力系统故障指示灯”图片，并进行讲解动力系统故障指示灯是新能源汽车上最常见的与动力蓄电池系统有关的故障指示灯。而在一些带有液晶屏组合仪表的新能源汽车上，通常会显示“请检查动力系统！”等内容。当车辆报动力系统故障时，大部分情况下车辆可以行驶，但有时也会因挂不上D挡等而无法行驶。导致动力系统故障指示灯点亮的原因主要有动力蓄电池总成中电池单体故障、MCU故障、驱动电机故障等，检修时需要进一步确定故障部位，可使用与车辆配套的故障诊断仪来读取故障码和数据流，确定故障原因。2）电量不足故障指示灯【教师】通过多媒体展示“电量不足故障指示灯”图片，并进行讲解电量不足故障指示灯用于提醒驾驶员动力蓄电池的电量已不足，应及时充电。而在一些带有液晶屏组合仪表的新能源汽车上，通常会在液晶屏显示“请及时充电！”等内容。3）动力蓄电池断路故障指示灯【教师】通过多媒体展示“动力蓄电池断路故障指示灯”图片，并进行讲解当动力蓄电池断路故障指示灯点亮时，通常车辆已经不能上高压电了，因此车辆也无法行驶。该故障指示灯点亮的原因一般为高压接触器触点断开、高压系统发生严重故障等。例如，当动力蓄电池总成内的熔断器熔断、MCU发生严重故障时，动力蓄电池断路故障指示灯将会点亮。4）动力蓄电池内部故障指示灯【教师】通过多媒体展示“动力蓄电池内部故障指示灯”图片，并进行讲解动力蓄电池内部故障指示灯点亮，说明故障部位在动力蓄电池总成内部。此时，大多情况下会出现下高压电、车辆无法行驶等现象；少数情况下，车辆可以缓慢行驶，但不能加速。动力蓄电池内部故障指示灯点亮的原因一般为电池单体故障、动力蓄电池总成内部线路接触不良等。5）绝缘故障指示灯【教师】通过多媒体展示“绝缘故障指示灯”图片，并进行讲解绝缘故障指示灯的中间有个闪电符号，表示动力蓄电池内部高压部分存在漏电。对于这种情况，一般新能源汽车的组合仪表上不会有任何文字提示，而有些品牌的新能源汽车会在组合仪表上显示一个故障码。当绝缘故障指示灯点亮时，车辆无法行驶，并自动下高压电，因此不必过于担心会发生高压触电。6）动力蓄电池过热故障指示灯【教师】通过多媒体展示“动力蓄电池过热故障指示灯”图片，并进行讲解如果动力蓄电池过热故障指示灯点亮，则说明动力蓄电池温度过高，此时应减速停车，使动力蓄电池温度下降。3.3.2BMS故障诊断及检修1．BMS故障类型【教师】通过多媒体展示“电池单体故障现象及处理方法”和“部分系统故障现象及处理方法”表格，并进行讲解动力蓄电池系统故障包括电池单体故障和系统故障两大类。系统故障主要包括BMS故障、线路或连接件故障等。2．故障诊断策略通过故障码和数据流进行故障诊断是最有效的故障诊断方法，它能快速缩小故障诊断的范围，减小故障诊断的工作量。1）故障码的读取和解读【教师】通过多媒体展示“某车型动力蓄电池系统部分故障码的含义及检修方法”表格，并进行讲解2）数据流的读取和解读【教师】通过多媒体展示“某车型动力蓄电池系统数据流信息及说明”表格，并进行讲解3）无故障码时的故障诊断如果动力蓄电池系统没有输出故障码，则需要维修人员结合故障现象，分析系统电路图，列举可能存在的故障部位，并按照正确的流程，通过专用工具进行正确检测，逐一排查，直至最终确定故障部位并排除故障。3．BMS故障检修在新能源汽车中，常见的BMS故障有CAN总线通信故障、电压异常故障、温度异常故障、绝缘故障、内外总电压检测故障、预充电故障、无法为动力蓄电池充电故障等。1）CAN总线通信故障导致CAN总线通信故障的原因主要有CAN总线故障、电源线脱落、端子退针等。对于CAN总线故障，可以用数字万用表测量CAN总线的电压或电阻，也可以用示波器进行检测，然后进行相应的维修。对于电源线脱落、端子退针，应通过对线束及其连接器的检查，找出故障部位并进行修复或更换。2）电压异常故障如果动力蓄电池系统出现电压异常故障，维修人员应着重从以下方面进行故障诊断与检修。（1）单体欠电压。使用数字万用表测量电池单体的实际电压，并将该电压和监控电压进行比较，如果两者存在较大的偏差，则可以确定是电池单体故障，可考虑更换新的电池单体。（2）采集线束与端子接触不良。一旦采集线束固定螺栓出现松动，或者采集线束与端口不能很好地连接，就会严重影响单体电压采集的准确性。此时，应对采集线束与端子的连接情况进行检查，如果存在故障，则应对采集线束进行更换或加固，确保其与端子接触良好。（3）采集线束上的熔断器发生故障。对采集线束上的熔断器进行测量，得出准确的电阻测量值，该测量值一旦超出规定范围，就可以判定是熔断器故障，此时应及时更换熔断器。（4）BMS从板故障。若要判断某BMS从板是否存在故障，则需要对相应的单体电压进行测量，比较实测电压和采集电压，如果出现不一致的状况，而采集线路连接正常且其他BMS从板的实测电压和采集电压均一致，则可据此判断是该BMS从板出现故障，此时应对该BMS从板进行更换。3）温度异常故障当BMS检测到温度异常故障时，应从以下方面进行故障诊断与检修。（1）温度传感器故障。如果是单个的温度数据缺失，则需要重点检查相关线束及其连接器的连接状况；如果连接正常，则极有可能是温度传感器出现故障，此时应及时对其进行更换。（2）温度传感器连接异常。全面、认真地检查相关线束及其连接器的连接状况，如果发现连接松动或有导线脱落，则应及时采取补救措施，将松动部位进行加固、更换导线或将导线重新连接。（3）BMS硬件故障。如果发现BMS不能准确采集温度数据，应先确认从采集线束、线束连接器到温度传感器的连接正常，此时可通过更换相应的BMS从板来判断是否为BMS从板故障。4）绝缘故障高压负载漏电、高压线束及其连接器破损后与车体短接等，都会导致绝缘故障。此外，电压采集线束破损后与电池箱箱体短接、电池箱进水或动力蓄电池漏液等，也会导致绝缘故障。对于不同情况的绝缘故障，具体的诊断方法如下。（1）对于高压负载漏电的情况，一旦出现就需要及时断开DC/DC、PCU、OBC、新能源汽车空调等高压设备，直至找到故障原因，排除故障，并应及时对发生故障的部件进行维修或更换。（2）对于高压线束及其连接器破损后与车体短接的情况，需要利用兆欧表对绝缘电阻进行测量，依照测量结果确定故障部位，并应及时对发生故障的部件进行维修或更换。（3）对于电压采集线束破损后与电池箱箱体短接的情况，一旦出现就需要对破损部位进行准确定位，并应及时对发生故障的部件进行维修或更换。（4）对于电池箱进水或动力蓄电池漏液的情况，一旦出现就需要对电池箱内部进行彻底清理，并进行干燥处理，一旦电池单体或电池模组不能正常使用，就应及时进行更换。5）内外总电压检测故障内外总电压的检测故障一般是由总电压采集线束两端的端子连接不牢靠、高压线束连接异常等所致，具体的诊断方法如下。（1）对于总电压采集线束两端的端子连接不牢靠的情况，需要用数字万用表测量检测点总电压，并将实测值与监控总电压进行对比。如果偏差较大，则可能是线路连接存在问题，此时应对线路进行检查，并对连接不牢靠的地方进行加固，对破损的地方进行维修或更换。（2）对于高压线束连接异常的情况，需要用数字万用表检测动力蓄电池总电压，然后与监控总电压进行对比。如果偏差较大，则应对开关、紧固螺栓、线束连接器等部位进行重点排查，找出故障部位，并应及时对发生故障的部件进行维修或更换。6）预充电故障预充电故障包括外部高压部件故障、BMS主板故障、预充熔断器或预充电阻故障等，对于不同的故障，其诊断方法也不同，具体如下。（1）外部高压部件故障。BMS在发生预充电故障时会断开主接触器，此时应对高压控制盒、PCU及相关线路分段进行检查，最终确定故障原因，并排除故障。（2）BMS主板故障。在实际检测中，要检查预充接触器的实际电压，如果达不到12V的标准要求，则应先更换新的BMS主板，再进行预充电尝试；如果充电成功，则可判定为BMS主板故障。（3）预充熔断器或预充电阻故障。如果经过检测，发现预充熔断器或预充电阻出现了异常情况，则需要及时加以更换。7）无法为动力蓄电池充电故障当无法对动力蓄电池充电时，应从以下方面进行故障诊断与检修。（1）OBC和BMS主板通信异常。利用专用工具对V-CAN工作数据进行实际检测，如果发现数据异常，则应全面、认真地检查CAN总线通信线路。在检查过程中，如果发现线束连接器接触不良或线路破损，则应及时对其进行维修或更换。（2）OBC或BMS主板故障。针对这种情况，需要对OBC或BMS主板进行更换，并且尝试加载电压，如果充电正常，则可判定是原OBC或BMS主板存在故障。（3）当BMS检测到故障时，会自动终止充电。此时，应通过监控数据综合判断故障原因，并排除故障。（4）充电熔断器故障。用数字万用表对充电熔断器进行检测，判断其是否熔断。如果充电熔断器发生熔断，则应检查相关线路，排除相关线路故障后更换新的充电熔断器，然后尝试充电。【学生】聆听、思考、理解、记忆实践应用【教师】扫码播放“检修BMS故障”视频，然后带领学生到实操间进行实践操作1．准备工作（1）实训场所：理实一体化实训室。（2）工具及设备：故障诊断仪、数字万用表、拆装专用工具、防护用具等。（3）台架/车辆：帝豪EV450。（4）辅助资料：车辆维修手册、教材等。2．操作步骤【教师】通过多媒体展示图片，并进行讲解1）读取故障码连接故障诊断仪，读取故障码。2）故障诊断与检修（1）查阅车辆维修手册，找出BMS模块电路图。（2）用故障诊断仪访问BMS。①读取BMS的故障码和数据流。连接故障诊断仪与OBD诊断接口，通过使用故障诊断仪与BMS进行通信，查找故障码，然后清除故障码，再次读取故障码，确定该故障码是否重现。②如果故障码消失，则可判断为偶发性故障；如果故障码重现，则应先记录故障码，然后读取BMS的数据流，并根据输出的故障码和数据流信息检修电路。（3）检查低压辅助电池。①测量低压辅助电池电压。电压标准值为11～14V。②确认电压是否符合标准。如果电压不符合标准，则应为低压辅助电池充电或检查DC/DC及相关线路；如果电压符合标准，则应进行下一步检查。（4）检查熔断器EF01和IF18是否熔断。（5）检查熔断器EF01和IF18对应线路是否有短路故障。如果存在短路故障，则应维修线路。确认不存在短路故障后，应更换同规格的熔断器。（6