《新能源汽车电气技术》课件：新能源汽车电源系统检修

任务2新能源汽车电源系统检修任务2新能源汽车电源系统检修任务要求知识要求1．能够描述新能源汽车12V电源管理系统的结构；2．能够描述12V蓄电池亏电对纯电动汽车的影响；3．能够描述新能源汽车12V电源管理系统故障诊断与检修方法。能力要求1．能进行新能源汽车低压电源系统故障诊断；2．能进行新能源汽车DC/DC转换器的更换；3．能进行新能源汽车PDU的更换。任务2新能源汽车电源系统检修相关知识1．新能源汽车12V电源管理系统的结构以北汽新能源EV系列纯电动汽车为例，介绍新能源汽车12V电源系统管理系统的结构。北汽新能源汽车12V电源管理系统由低压电源管理单元（PMU）控制，主要的低压部件如图1-2-1所示。任务2新能源汽车电源系统检修图1-2-1北汽新能源EV150前机舱主要低压部件任务2新能源汽车电源系统检修1）低压电池管理单元PMU用胶带捆绑固定在蓄电池负极电缆，控制单元（模块）本身包含电压、电流、温度传感器，这些传感器用来采集蓄电池的工作状态，如图1-2-2所示。图1-2-2电源管理单元（PMU）任务2新能源汽车电源系统检修PMU通过传感器采集蓄电池电压、电流、温度信息，对蓄电池状态进行计算，并且获得整车的用电器工作状态和DC/DC工作状态，实现整车供电系统对蓄电池的动态电量平衡、节能模式、智能充电等功能。PMU接插件BY011端视图，如图1-2-3所示。图1-2-3BY011端视图任务2新能源汽车电源系统检修PMU接插件BY011引脚定义，见表1-2-1。任务2新能源汽车电源系统检修2）动态电量平衡功能如果用电器全开（几率较小，但是存在），在这种情况下，蓄电池会不断放电，最终导致蓄电池亏电，造成下次无法起动。针对电动汽车，更加会造成电子转向系统（EPS）、电子真空泵（EVP）等瞬间大功率工作的安全性电器无法得到稳定的供电。通常情况下，只能通过增加电源（DC/DC）的输出能力来实现供电和用电的平衡（电量平衡）。但是这样会造成零件成本上升很多。动态电量平衡是指在上述情况下，由PMU发出电源风险等级信号，部分舒适性用电器收到信号后，根据等级自动降低部分功率，使供电和用电达到平衡，实现动态的电量平衡。任务2新能源汽车电源系统检修3）节能模式对于传统汽车而言，发电机输出的电压是固定值，一般在14.5V左右。对于纯电动汽车而言，PMU具有的节能模式，能够在蓄电池电量较足、不需要继续充电的情况下，通过将DC/DC转换器的供电电压降到13V左右（对蓄电池而言是略高于满电状态时的电压），降低整车供电电压，从而可以降低部分用电器工作电流和功率（例如14.5V/100A变成13V/95A，功率降低15%）；蓄电池充电电流几乎为零，对于DC/DC转换器而言，供电的功率降低（例如从14.5V/110A降低到13V/97A，功率降低21%）。任务2新能源汽车电源系统检修4）智能充电模式与蓄电池运作智能充电模式是指给蓄电池的充电电压，会根据蓄电池的状态不同而变化，例如蓄电池电量较低时，为了保证下次顺利起动和供电电压的平稳，会适当提高充电电压，加快充电进程。在蓄电池电量较高时，会适当降低充电电压，降低整车功耗。经常处于小电流充电，对于延长蓄电池的使用寿命有一定好处。蓄电池使用“钙膨胀”技术，它的正负极是可膨胀的铅钙合金格栅。此技术改进了金属板组的机械完整性和极耐久性，且与以前的技术相比降低了水分损失。蓄电池是完全密封的，但是顶盖上有通风孔允许蓄电池过量充电时产生的氧气和氢气排出，以降低蓄电池内部压力。如果在排除外因并判定为蓄电池内部损坏的情况下，不要试图充电、不使用蓄电池起动车辆，任务2新能源汽车电源系统检修2．12V蓄电池亏电对纯电动汽车的影响新能源汽车，不管是强混、插电/增程式混合动力，还是纯电动汽车，整个系统架构上都用DC/DC转换器来取代原有的发电机，用高压的电机直接驱动车辆。整个12V电气架构的改变，使得原有12V蓄电池的使用特性产生了改变，只作为一个辅助能量单元，而不需要提供瞬时的高功率。在较早的普锐斯HEV车型上，12V电池就已经转换为AGM（吸附式玻璃纤维隔板）铅酸电池，如图1-2-4所示。图1-2-4混合动力汽车12V电源系统概览任务2新能源汽车电源系统检修DC/DC转换器由于本身是电子控制部件，对电流和电压均可进行较精确的控制，所以可以实现对12V电池的能量管理，在这样的条件下，某些整车企业已经用12V锂电池代替原有的铅酸电池。实际上，正是由于新能源汽车整个系统结构，特别是控制结构相对传统车要复杂一些，使得12V总线上的模块较多。（1）电子控制模块较多，假定传统的模块设定为1～5mA，总体的静态电流较大。（2）电子控制模块较多，CAN网络的睡眠唤醒机制较为复杂，特别是充电（快充和慢充）的时候，导致12V的蓄电池在传统停置的时候，需要给电较多。（3）模块的控制逻辑，特别是因为接入车联网的监控需求，使得车辆电子系统的逻辑跳转变得相对脆弱，可能在某些状态下没办法完全让车辆“休眠”。任务2新能源汽车电源系统检修根据这些判断以及国外车辆在使用过程中的投诉，有些问题出现的可能性较高，如车辆一段时间不使用（几天或者一周以上），即使在动力电池满电的情况下，车辆却可能起动不了。究其原因，主要是因为，控制模块正常工作电压通常是9～16V，亏电的铅酸/AGM电池一旦输出电流，电压就会持续下降，而DC/DC转换器给电池补电的通路本身就需要12V电池来吸合控制继电器的线圈来维持触点闭合。所以按照以往的经验，可用外接蓄电池实现“跨接起动”，但待车辆起动起来，蓄电池移走以后，车辆控制系统又会全部继续掉电关闭，这是因为高压蓄电池维持输出需要保证接触器有足够的保持电压和电流供给，一旦蓄电池供电继续不足，这个系统还是无法正常工作。任务2新能源汽车电源系统检修

关于这个问题，本书在此提一些可能的解决办法：

（1）当发生故障的时候，用外接蓄电池给车辆供一段时间的电能，以起动车辆高压系统，让DC/DC转换器对电池进行一段时间的补电。（2）利用车联网系统进行监控，当它给工作后台发送信息的时候，可以加入12V电压的信息，如果出现电压降低可以通知车主。一般传统汽车在设计时，新电池能满足90天以上的长期停放要求，而纯电动汽车因为耗电量大，可能达不到这个时间要求。（3）在车辆设计的时候，还需要做静态电流控制和系统验证，以避免电力不足的情况发生。德国的一些汽车厂家为48V电源系统配置了强制充电模式，这值得车辆设计时借鉴。任务2新能源汽车电源系统检修3．新能源汽车12V电源管理系统故障诊断与检修以北汽EV系列纯电动汽车为例，介绍12V电源管理系统故障诊断与检修方法，其他型号的车辆请参照相关的维修手册或资料。1）12V蓄电池故障（1）故障现象车辆点火开关置于ON挡，仪表显示蓄电池故障，系统故障灯点亮，如图1-2-5所示。图1-2-5蓄电池报警任务2新能源汽车电源系统检修

（2）诊断思路可能原因：蓄电池本身储电性能故障、DC/DC转换器低压电源故障、DC/DC转换器内部故障或DC/DC转换器与蓄电池连接电路故障。（3）检查与排除方法①检查蓄电池电压值为9V，表明蓄电池亏电。②检查低压熔断丝盒内DC/DC的熔断丝是否正常。③检查DC/DC转换器电源正负极供电电路是否正常。④检查高压控制盒对接8芯插件的A脚与DC/DC转换器高压2芯插件的B脚是否导通，高压线束与高压控制盒对接8芯插件的G脚与DC/DC转换器高压2芯插件的A脚电路是否正常。⑤检查DC/DC转换器输出端的搭铁线负极插件端子。任务2新能源汽车电源系统检修

（4）故障分析关于蓄电池故障主要有两个原因：①蓄电池本身故障，导致储能下降。蓄电池的检测比较简单，只要有专用检测仪或高频放电计就可以确定蓄电池的性能。②DC/DC系统故障无法给蓄电池充电。新能源汽车是利用动力电池的高压直流电通过DC/DC转换器转换成低压直流电给其他低压电器供电，同时给蓄电池充电。当整车电器使用的功率大于DC/DC转换器输出功率时，蓄电池协助DC/DC转换器供电而满足电能的需求。从以上检查过程可以看出，DC/DC转换器的检查，主要是看其本身是否能正常工作，其次检查高压直流电源输入和低压输出的电路。任务2新能源汽车电源系统检修2）DC/DC故障DC/DC发生故障，利用故障检测仪器读取控制单元存储的DTC（故障代码），会读取到：“P1792DC/DC故障”和“P1796DC/DC驱动通道对电源短路故障”等故障代码，见表1-2-2。任务2新能源汽车电源系统检修

（1）P1792DC/DC故障检测步骤①使用电动汽车专用故障检测仪清除故障码。A．是，车辆重新起动，故障消失，车辆恢复正常。B．否，进行第②步。②将点火开关转到ON挡，使用万用表电压挡测量检查DC/DC输出电压是否异常（正常输出电压13.2～13.5V）。A．是，修复或更换DC/DC转换器。B．否，进行第③步。③检测高压控制盒中的DC/DC高压熔断丝是否熔断。A．是，更换高压熔断丝，车辆恢复正常。B．否，进行第④步。任务2新能源汽车电源系统检修④检测高压熔断丝至DC/DC之间的插头及线束是否异常。A．是，维修或更换线束及插头。B．否，进行第⑤步。⑤检查DC/DC低压输出线至低压蓄电池之间的线束是否正常。A．是，更换DC/DC，车辆恢复正常。B．否，维修或更换线束及插头。任务2新能源汽车电源系统检修

（2）P1796DC/DC驱动通道对电源短路故障检测步骤①检查DC/DC控制插头14中的针脚1至低压熔断丝盒中的DC/DC控制继电器中的23号线束是否导通。A．是，进行第B步。B．否，修复线束。②检查DC/DC控制插头14中的针脚2至仪表12针脚、整车控制器24针脚60之间的线束是否导通。A．是，更换DC/DC，车辆恢复正常。B．否，修复线束。任务2新能源汽车电源系统检修DC/DC控制插头和控制单元端子图，分别如图1-2-6和图1-2-7所示。图1-2-6DC/DC控制插头图1-2-7DC/DC控制单元示意图任务2新能源汽车电源系统检修（3）DC/DC转换器本体检查经过以上检修以后，使用电动汽车专用故障检测仪清除故障码。①是，重新起动，车辆恢复正常。②否，更换DC/DC。（4）DC/DC转换器快速检查诊断表任务2新能源汽车电源系统检修DC/DC转换器快速检查诊断表见表1-2-3。任务2新能源汽车电源系统检修

（5）DC/DC转换器接口定义北汽EV系列电动汽车DC/DC转换器接口图，如图1-2-8、图1-2-9所示，接口定义见表1-2-4。图1-2-8DC/DC转换器接口任务2新能源汽车电源系统检修图1-2-9DC/DC转换器作用与接口定义任务2新能源汽车电源系统检修任务2新能源汽车电源系统检修任务实施1．工作准备（1）防护装备：绝缘防护装备。（2）车辆、台架、总成：北汽新能源汽车；或同类纯电动汽车。（3）专用工具、设备：检测仪器、放电工具、万用表。（4）手工工具：组合工具绝缘拆装工具一套；手电筒。（5）辅助材料：车辆防护三件套；高压警告牌；干净抹布。任务2新能源汽车电源系统检修2．实施步骤根据实训室的车辆配置，对12V电源系统进行故障诊断，并针对不同的车型配置，对纯电动汽车DC/DC转换器或PDU（高压控制盒）进行拆装更换。掌握本次实训课所使用仪器及设备的使用方法，并强调实训中的安全注意事项。

警告：（1）禁止未参加该车型高压系统知识培训的维修人员拆卸高压系统，包括手动维修开关、动力电池、驱动电机、电力电子箱、高压配电单元、高压线束、空调压缩机、交流充电口及交流充电线束、快速充电口、电加热器、慢充充电器。任务2新能源汽车电源系统检修（2）车辆熄火后每间隔90hPDU会起动DC/DC模块检测低压蓄电池，并给低压蓄电池充电，检修PDU时务必先断开PDU低压线束插头，以免检修PDU时，突然起动高压电发生危险。（3）在进行高压相关操作前，维修人员必须穿戴好劳保用品，戴好绝缘手套，穿好高压绝缘鞋。在戴绝缘手套前，必须要检查绝缘手套是否有破损的地方，确保手套无绝缘失效。任务2新能源汽车电源系统检修1）蓄电池或DC/DC转换器故障诊断参照前文内容，利用故障检测仪器和万用表等设备，进行12V蓄电池和DC/DC转换器故障诊断。2）北汽新能源E150EV的DC/DC转换器更换（1）拔下钥匙打开前机舱盖。（2）支起前机舱盖将翼子板护垫铺好，避免损坏车辆，如图1-2-10所示。图1-2-10将翼子板护垫铺好任务2新能源汽车电源系统检修（3）断开低压蓄电池负极，并用绝缘胶布包好。如图1-2-11所示。

注意：高压断电必须由电气操作专业的人员操作。图1-2-11断开低压蓄电池负极任务2新能源汽车电源系统检修

（4）按照高压中止的要求，切断高压电，放置高压安全警示牌，如图1-2-12所示。（5）打开快充充电口，如图1-2-13所示。图1-2-12切断高压电，放置高压安全警示牌图1-2-13打开快充充电口任务2新能源汽车电源系统检修（6）使用放电工具放电，如图1-2-14所示。（7）用万用表测量电压确认无电，如图1-2-15所示。注意：一定要确认处于无电状态，图1-2-14使用放电工具放电图1-2-15用万用表测量电压确认无电任务2新能源汽车电源系统检修（8）关闭快充充电口，如图1-2-16所示。（9）拔掉四个连接线束插头，如图1-2-17所示。图1-2-16关闭快充充电口图1-2-17拔掉四个连接线束插头任务2新能源汽车电源系统检修（10）松开并取下6个螺栓，如图1-2-18所示。（11）检查新的DC/DC转换器外观有无破损，如图1-2-19所示。图1-2-18松开并取下6个螺栓图1-2-19检查新的DC/DC转换器外观有无破损任务2新能源汽车电源系统检修（12）核对新的DC/DC转换器型号是否正确，如图1-2-20所示。（13）检查连接线束是否完好，如图1-2-21所示。图1-2-20核对新的DC/DC转换器型号是否正确图1-2-21检查连接线束是否完好任务2新能源汽车电源系统检修

（14）检查结果记录填写至工单，如图1-2-22所示。（15）检查无误后，将DC/DC转换器放入相应位置并紧固螺栓，如图1-2-23所示。注意：接插件要可靠连接并锁止。图1-2-22检查结果记录填写至工单图1-2-23将DC/DC转换器放入相应位置并紧固螺栓任务2新能源汽车电源系统检修（16）连接线束插头，如图1-2-24所示。图1-2-24连接线束插头任务2新能源汽车电源系统检修（17）移除高压警示牌并安装低压蓄电池负极，如图1-2-25所示。图1-2-25移除高压警示牌并安装低压蓄电池负极任务2新能源汽车电源系统检修

（18）使用万用表测量蓄电池电压，确认电压正常，如图1-2-26所示。（19）打开点火开关之后再次测量电压，确认电压正常，如图1-2-27所示。图1-2-26使用万用表测量蓄电池电压图1-2-27打开点火开关之后再次测量电压任务2新能源汽车电源系统检修

（20）连接诊断仪，并读取故障码。如有故障码，应清除故障码，如图1-2-28所示。图1-2-28连接诊断仪，并读取故障码任务2新能源汽车电源系统检修（21）查看数据流是否正常，如图1-2-29所示。（22）收起翼子板护垫，放下机舱盖，如图1-2-30所示。（23）工具归位，清洁场地。图1-2-30收起翼子板护垫图1-2-29查看数据流是否正常任务2新能源汽车电源系统检修3）北汽EV160PDU的更换PDU的拆卸步骤如图1-2-31所示。图1-2-31北汽EV160PDU的拆卸步骤任务2新能源汽车电源系统检修

（1）关闭点火开关，等待高压电容放电5min。警告：正常情况下，在点火开关关闭后，高压系统还存在高压电，这是因为电机控制器中高压电容的存在造成的，需要经过一段时间的等待，高压电容中的电才能被完全释放。（2）拔下钥匙，打开前机舱盖，铺翼子板护垫。（3）断开12V蓄电池负极电缆，如图1-2-32所示。图1-2-32断开12V蓄电池负极电缆任务2新能源汽车电源系统检修（4）断开PDU左后方低压插接件，如图1-2-33所示。（5）检查并佩戴0级绝缘手套。①检查绝缘手套外观有无明显磨损痕迹。②检查绝缘手套密封性。A．卷起手套边缘。B．折叠开口，并封住手套开口。C．向手套内吹气，确认有无空气泄漏。D．用同样的方法检查第二只手套。③确认密封良好后，佩戴绝缘手套。图1-2-33断开PDU左后方低压插接件任务2新能源汽车电源系统检修（6）拆下慢充线束接插件的2个固定螺栓，拿开慢充线束插头，如图1-2-34所示。（7）通过测量12V蓄电池电压的方式核实数字万用表。图1-2-34拿开慢充线束插头任务2新能源汽车电源系统检修（8）测试PDU动力电池端端子电压和搭铁电压，如图1-2-35所示。

注意：每个高压动力电池插口正负极电压以及正负极对地电压，数值不应大于3V。若测试结果大于3V，则电池组总成内部可能出现接触器卡滞或高压系统绝缘失效。图1-2-35测试PDU动力电池端端子电压任务2新能源汽车电源系统检修（9）拆下低压蓄电池正极保护盖，断开DC/DC转换器正极线束，如图1-2-36所示。（10）断开DC/DC转换器负极搭铁线，如图1-2-37所示。图1-2-36断开DC/DC转换器正极线束图1-2-37断开DC/DC转换器负极搭铁线任务2新能源汽车电源系统检修（11）拔出快充高压线束和压缩机高压线束，如图1-2-38所示。（12）断开MCU高压线束、PTC高压线束、车载充电机高压线束，如图1-2-39至图1-2-41所示。图1-2-38拔出快充高压线束和压缩机高压线束图1-2-39断开MCU高压线束任务2新能源汽车电源系统检修图1-2-40断开PTC高压线束图1-2-41断开车载充电机高压线束任务2新能源汽车电源系统检修（13）打开防冻液箱盖，举升车辆，拆卸下护板排放防冻液。（14）降下车辆。（15）拆下PDU上的2个冷却液管，如图1-2-42所示。（16）拆下4个PDU固定螺栓，取出PDU总成，如图1-2-43、图1-2-44所示。图1-2-42拆下PDU上的2个冷却液管图1-2-43拆下4个PDU固定螺栓任务2新能源汽车电源系统检修PDU的安装步骤界面，如图1-2-45所示。图1-2-44取出PDU总成图1-2-45PDU的安装步骤界面任务2新能源汽车电源系统检修（1）放置好PDU，对角安装4个PDU固定螺栓。（2）安装PDU冷却液管。（3）安装快充线束，拧紧2颗螺栓，安装压缩机高压线束。（4）安装MCU