商用车构造与维修 课件 工作情境五新能源商用车 任务2新能源商用车动力系统检修

商用车构造与维修主讲人：学习情境五：新能源商用车任务二：新能源商用车动力系统检修认知目标能力目标课程目标：1.掌握动力电池系统内部组件功能及BMS工作原理；2.掌握各类动力电机结构及工作原理，控制器工作原理；3.掌握旋变传感器结构及工作原理；4.掌握整车控制系统控制逻辑关系。1.能够正确更换动力系统各零件及内部组件；2.能够正确使用测量工具进行相关的检测；3.能够进行常见典型故障分析、诊断和排除。素质目标1.形成安全环保等标准意识；2.培养团队协作沟通能力。Contents目录任务导入01知识学习01任务实施01

工作小结01课堂练习01任务导入：随着新能源汽车技术的快速发展，新能源商用车销量逐年增长。作为一名商用车售后服务人员，掌握新能源商用车技术，并能安全规范对高电压部件进行检修显得尤为重要。一辆纯电动商用车行驶几公里以后会出现高压掉电现象，即仪表显示动力电池故障灯亮起，系统故障灯也亮，车辆无法行驶。作为一名商用车售后服务人员，请你维修客户的车辆。知识学习：【学习资料准备】知识点1：

动力电池系统（1）动力电池的作用

动力电池作为电动商用车的能量源，它除了为整车提供持续稳定的能量，还承担以下的主要的任务：①计算整车的剩余电量和充电提醒；②对动力电池的温度、电压、湿度的检测；③漏电检测和异常情况报警；④充放电控制和预充电控制；⑤电池一致性的检测；⑥系统自检等作用；知识学习：（2）动力电池类型和特点

1）蓄电池的分类电池可分为一次电池（不可充电电池）：金属锂电池、干电池、贮备电池；二次电池（可充电电池）：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锌空气电池、液态锂离子电池、聚合物锂离子电池；其它电池（只能发电，不能储电）燃料电池：氢氧燃料电池、直接甲醇燃料电池、太阳能电池等。如图5-26所示。电动汽车用动力电池主要有铅酸蓄电池、金属氢化物镍氢蓄电池、锂离子蓄电池等，具体参数见表5-4。知识学习：2）动力电池类型和特点

电动汽车用动力电池主要有铅酸蓄电池、金属氢化物镍氢蓄电池、锂离子蓄电池等，具体参数见表5-4。知识学习：（3）动力电池系统组成部件及功能动力电池系统由四部分组成：动力电池箱、电池模组、电池管理系统BMS，包括高压盒、从控盒、主控盒；辅助元器件包括主继电器、预充继电器及电阻、加热继电器与保险、电流传感器与保险等组成，如图5-27所示。知识学习：（3）动力电池系统组成部件及功能1）动力电池箱动力电池箱主要支撑、固定、包围电池系统的组件，主要

包含上盖和下托盘，还有辅助元器件，如过渡件，护板，

螺栓等，如图5-28所示，动力电池箱有承载及保护动力电池组及电气元件的作用。知识学习：1）动力电池箱动力电池模组是由数百只甚至上千只单体电芯通过串联或者并联组合而成的。从而形成输出高压、大电流的供电苑，如图5-29所示。知识学习：（3）动力电池系统组成部件及功能2）辅助元器件主要包括动力电

池系统内部的电子电

器元件，如熔断器，

继电器，分流器，接插件，紧急开关，烟雾传感器等，维修开关以及电子电器元件以外的辅助元器件，如密封条，绝缘材料等。①主继电器主继电器主要包含主正继电器和主负继电器，主正继电器如图5-30所示，

在普莱德电池中，主正继电器由BMS控制，主负继电器由VCU控制。它的作用是控制回路的通断。知识学习：②预充继电器与电阻“预充流程”在充、放电初期闭合预充继电器进行预充电，预充完成后断开预充继电器：BMS控制预充继电器闭合或断开。充电模式给各单体电芯进行预充电，确定单体电芯无短路后闭合总正极继电器。放电模式低电压、小电流给各控制器电容充电。电容两端电压接近电池总电压时，闭合总正继电器。知识学习：③加热继电器与保险温度对动力电池的性能影响很大。因此在动力电池内部设有增温和降温结构及相应的热管理系统。纯电动商用车目前使用较多的均为磷酸铁锂电池，其特性高温性能好，因此在动力电池内部设有加热功能。充电过程当电芯温度低于设定值，BMS控制加热继电器闭合通过保险接通加热，如图5-31所示。知识学习：④电流传感器电流传感器监测充、放电电流的大小，保险防止能量回收过压过流或大负载放电过流，并装有相应的保险丝。保险规格一般为250A电压500V。电流传感器类型为无感分流器，

在电阻的两端形成毫伏级的电压信号，作为监测总电流（型号300A75mv）。知识学习：（4）BMS电流传感器监测充、放电电流的大小，保险防止能量回收过压过流或大负载放电过流，并装有相应的保险丝。保险规格一般为250A电压500V。电流传感器类型为无感分流器，在电阻的两端形成毫伏级的电压信号，作为监测总电流（型号300A75mv）。知识学习：（4）BMS1）BMS的主要作用①

通过电压、电流传感器采集动力电池组的串联模块电压、总电压和总电流，

控制动力电池组的充放电，监控电池的状态（图5-32），防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命；②

作为电池和整车控制器以及驾驶者沟通的桥梁，并向整车控制器VCU上报动力电池系统的基本参数、剩余电量及故障信息；③

具有高压回路绝缘检测功能，检测电池组与箱体、车体等之间的绝缘状况；④

通过对温度检测实现对动力电池过高温和过低温保护，具有控制动力电池的加热功能；知识学习：（4）BMS2）BMS组成BMS的组成：按性质可分为硬件和软件，按功能分为数据采集单元和控制单元；①BMS的硬件：高压盒、从控盒、主控盒，还包括采集电压线、电流、温度等数据的电子器件；②BMS的软件：监测电池的电压、电流、SOC值、绝缘电阻值、温度值，通过与VCU、

充电机的通讯，来控制动力电池系统的充放电。知识学习：（5）动力电池系统工作原理图5-34动力电池内部加热原理知识学习：（5）动力电池系统工作原理图5-35动力电池内部预充电原理知识学习：（5）动力电池系统工作原理图5-36

动力电池内部充电原理知识学习：（6）商用车动力电池系统常见故障以东风新能源商用车KZ9车型为例，具体讲解新能源动力电池的拆装及常见故障监测，排除及维修。1）动力电池组成安装及布置东风新能源商用车动力电池总成包括蓄电池箱、动力蓄电池主控箱、高压电缆，在底盘上的安装位置如图5-38所示，动力蓄电池内部布置图如图5-39所示，动力电池主控箱总成上各接口定义如图5-40所示。知识学习：1）动力电池组成安装及布置图5-38新能源商用车动力电池底盘安装图（东风）1.动力电池主控盒2.高压电缆3.动力电池箱体知识学习：1）动力电池组成安装及布置图5-39新能源商用车动力电池布置图（东风）知识学习：1）动力电池组成安装及布置图5-40新能源商用车动力电池主控箱总成上各接口定义（东风）1.动力蓄电池总成1#正极

2.动力蓄电池总成7#正极

3.动力蓄电池总成6#负极4.动力蓄电池总成12#负极

5.接高压充电电缆总成6.接高压线缆总成-蓄电池总正至高压配电盒7.接高压线缆总成-蓄电池总负至高压配电盒8.接车架线束总成9.接电池内部通讯线知识学习：2）新能源商用车动力电池原理图知识学习：3）动力电池的拆卸知识学习：4）动力电池维护保养为了使动力电池处于最佳状态，需要定期(至少3个月或10000km)对动力电池进行保养维护，达到动力电池的一致性。如果车辆需要长期停放，应做好下列准备。适当的准备有助于增加动力电池的使用寿命，并易于重新起动车辆。如有可能，请将车辆停放在室内。①产品存储环境要求：相对湿度10%～90%；温度：-30℃～60℃；②存放时，SOC不宜过低，存放时间不宜过长，这样避免过满自放电严重、也避免过欠压容易进入死点，导致电池休克一睡不起；③动力电池在搁置过程中会发生自放电现象，用户在搁置动力电池时，确保动力电池SOC处于70%-80%,车辆搁置时间不得超过30天；④SOC低于30%、环境温度超过55度或低于零下20度的情况下，搁置时间不得超过24小时；⑤若电动车长期不使用时，须每隔一个月进行一次充电保养；⑥电动车在长期停放后的首次使用前须进行充电。知识学习：5）动力电池常见故障知识学习：知识点2：驱动电机系统电动汽车采用驱动电动机替代了传统内燃汽车原有的内燃机提供动力，在汽车行驶时，动力电池组经功率变换器向电动机供电。当电动汽车采用电制动时，驱动电动机运行在发电状态，将汽车的部分动能回馈给动力电池组对其充电，并延长电动汽车的续驶里程。图5-50电动汽车电驱动系统原理控制框图知识学习：（1）纯电动商用车电驱动系统知识学习：（2）电动商用车驱动电机种类1）直流电机有刷直流电动机典型结构及其参数如图5-52所示，主要包括四个核心部件：主磁极、电枢绕组、换向器和电刷，其励磁方式可分为他励、并励、串励和复励，如图5-53所示。知识学习：2）交流电机异步电动机是用来实现交流电能向机械能转换一种电力机械，利用电磁感应原理工作，故又称为感应电动机，常见的为旋转电机，如图5-54所示，与直流电动机类似，异步电动机同样包括固定不动的定子部分和旋转的转子部分。知识学习：3）开关磁阻电机开关磁阻电机是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制造技术为一体高新技术。是一种利用磁阻效应，通过改变磁路的磁阻来控制电机的旋转，因此其结构原则是转子旋转时磁路的磁阻要有尽可能大的变化，所以开关磁阻电动机定、转子均采用凸极即所谓的双凸极结构，并且定转子凸极数不同，否则电机无法工作。开关磁阻电机系统的基本构成如图5-55所示，主要包括开关磁阻电机本体和电机驱动控制器。知识学习：（3）纯电动商用车电机及附件电驱动系统，选取东风公司TE81纯电动商用车为例进行说明。该车采用永磁同步电动机，永磁同步电动机以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。永磁同步电动机由定子、转子和端盖等部件构成。定子与普通感应电动机基本相同，采用叠片结构以减小电动机运行时的铁耗，其中装有三相交流绕组，称作电枢。其具体结构如图5-56所示。知识学习：东风公司TE81纯电动商用车驱动控制系统工作原理如图5-58所示，主要是通过控制电机的转速和扭矩，实现车辆的加速、减速等动作，并通过回收制动将动能转化为电能储存到电池组中，以实现能量的高效利用。具体的工作原理如下：图5-58驱动电机及控制系统结构示意图知识学习：图5-59驱动电机及控制系统总成在底盘中的位置主驱动电机控制器总成在底盘上的安装位置，如图5-59所示。知识学习：主驱动电机控制器（MCU）总成上的各接口定义如图5-60所示：知识学习：（4）纯电动商用车主要故障检修纯电动商用车电动驱动系统中，电机控制器部分发生故障的几率要远远高于电机，逆变桥IGBT的开路和短路故障又占了相当大的比重，IGBT短路后，造成的烧蚀。IGBT的短路故障已有成熟的检测方案，即通过硬件电路检测IGBT的CE压降，可以准确判别故障管。IGBT发生短路故障的原因主要表现为支路短路（1个IGBT）、串联支路短路（一个桥臂IGBT同时短路）、输出短路、接地短路4类。如图5-72所示.图（a）

支路短路图(b)串联支路短路知识学习：图(c)输出短路图(d)接地短路（4）纯电动商用车主要故障检修知识学习：（5）纯电动商用车电机典型故障及处理方法如何诊断故障点IGBT，其故障诊断方案如下：①戴好高压手套，并将绝缘垫摆放至正确位置；②断开动力电池维修开关。③断开高压控制盒、电机控制器和驱动电机之间的电气连接，使电机控制器部分电气独立，记录相关线束接插件位置以及接口信息，主要包括：④高压控制盒与电机控制器之间的两根高压线束是否短路或绝缘性不符标准；⑤电机控制器与驱动电机之间的三根高压线束分别测试某两个高压线是否短路或绝缘性不符标准；⑥高压控制盒与电机控制器之间的低压线束是否短路；⑦电机控制器与驱动电机之间的低压线束是否短路；知识学习：知识点3：电控系统（1）整车控制系统（VehicleControlSystem）1）整车控制系统的作用作用：在车辆运行时，传感器和各子系统控制器将整车运行的信息与实时状态反馈给VCU；同时，VCU根据驾驶员意图和整车控制策略进行运算，并将控制指令通过CAN总线和各硬件接口传输给各子系统控制器或执行器。知识学习：2）整车控制系统的功能纯电动汽车的整车控制功能包括驾驶员意图解析、整车状态监测与显示、整车工作模式判断与驱动控制、整车能量优化管理、整车通信网络管理、制动能量回收控制、故障诊断和处理、电动化辅助系统管理、远程控制等。①

驾驶员意图解析：整车控制系统可根据加速踏板和制动踏板信号，解析驾驶员的驾驶意图（如加速、减速、制动等）。②

整车状态监测与显示：整车控制系统能通过传感器和CAN总线对车辆的状态进行监测，并将各子系统的状态信息和故障诊断信息发送给车载信息显示系统，使其通过组合仪表显示出来。③

整车工作模式判断与驱动控制：整车控制系统通过各种状态信息（如启动开关状态、充电信号、加速/制动踏板位置、车速等）来判断当前需要的整车工作模式（包括充电模式和行驶模式）。④

整车能量优化管理：通过整车控制器控制用电设备（包括驱动电机、空调、制动设备、转向设备和冷却设备等）来对车辆的能量进行优化管理，从而提高车辆的续驶里程。⑤

整车通信网络管理：整车控制系统能对整车通信网络进行管理，并通过CAN总线协调驱动电机系统、空调系统、转向系统、制动系统和冷却系统等系统间的通信。⑥

制动能量回收控制：整车控制系统能对制动能量进行回收利用。⑦

故障诊断和处理：整车控制系统能监控车辆电控系统，并对其进行故障诊断和相应安全保护处理。⑧

电动化辅助系统管理：电动化辅助系统包括电动空调系统、电动控制系统、电动助力转向系统、辅助动力电池加热系统等。⑨

远程控制：整车控制系统能使纯电动汽车实现远程控制。知识学习：3）整车控制器结构与原理整车控制器为纯电动汽车的调度控制中心，负责与车辆其他部件进行通信，协调整车的运行，结构如图5-74所示。其主要包含电源电路、开关量输入/输出模块、A/D采集模块及CAN通信模块。知识学习：4）整车控制系统的故障分级整车控制系统根据VCU、动力电池、驱动电机、DC/DC变换器、CAN总线等的状态，判断故障对整车的影响，进而判断故障的等级，从而采取相应的系统响应。整车控制系统故障按照对整车影响程度的不同一般分为四个等级，见下表。知识学习：5）整车控制系统常见故障及检修①VCU与挡位传感器的连接故障及检修VCU与挡位传感器连接以获取挡位信息，并据此调节减速器的挡位。当两者出