新能源汽车动力蓄电池系统构造与检修 教案-项目五任务5-2 单体蓄电池常见故障检修

课题单体蓄电池常见故障检修课时4课时（180min）教学目标知识技能目标：1.学生能够叙述单体蓄电池常见故障的原因。2.学生能够对单体蓄电池电压异常故障进行处理。3.学生能够使用专用工具进行单体蓄电池电压过高故障诊断与排除。素质目标：1.提升学生对新能源汽车维护检测的专业能力。2.培养学生面对新能源汽车电池故障时的分析和解决能力。教学重难点教学重点：单体蓄电池故障原因的分析及故障处理方法。教学难点：正确使用专用工具进行故障诊断与排除。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，组织学生下载“任务工单——单体蓄电池常见故障检修”，并根据任务工单进行组内分工，同时提醒同学通过超星APP或其他学习软件，收集单体电池故障的相关资料，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】使用超星APP进行签到【学生】按照老师要求签到互动导入【教师】讲述“吉利帝豪EV450电动汽车出现单体电池电压过低”的案例，并提出问题一辆吉利帝豪EV450电动汽车出现动力蓄电池单体电压过低、动力蓄电池性能下降的故障。如果你作为一名新能源汽车维护检测人员，你现在应该对单体蓄电池做哪些检测？【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，讲解新能源汽车动力蓄电池单体常见故障现象、单体蓄电池故障原因分析、蓄电池组单体电压异常故障分析处理。新能源汽车动力蓄电池单体蓄电池故障原因分析【教师】引入主题，解释单体蓄电池故障可以分为安全性故障和非安全性故障两大类。单体蓄电池的故障模式可分为安全性故障和非安全性故障。单体蓄电池安全性故障分析【教师】详细分析内部短路、漏液、负极析锂和胀气鼓胀等安全性故障的原因及其危险性。（1）单体蓄电池内部正负极短路电池内部短路是由单体蓄电池内部引起的，引起电池内部短路的原因有很多，可能是由于单体蓄电池生产过程中的缺陷导致或是因为长期振动外力导致单体蓄电池变形。一旦发生严重内部短路。无法控制外部熔丝不起作用，肯定会发生冒烟或燃烧。如果遭遇到该情况，我们能做的就是第一时间通知车上人员逃生。对于电池内部短路问题，目前为止电池厂家没有办法在出厂时100%将有可能发生内部短路的单体蓄电池筛选出来，只能在后期充分做好检测将发生内部短路的概率降低。（2）单体蓄电池漏液单体蓄电池漏液是非常危险的，也是非常常见的失效模式。电动汽车着火的事故很多都是因为电池漏液造成的。电池漏液的原因有：外力损伤；碰撞、安装不规范造成密封结构被破坏；焊接缺陷、封合胶量不足等制造原因造成密封性能不好等。电池漏液后整个电池包绝缘失效，单点绝缘失效问题不大，如果有两点或以上绝缘失效会发生外部短路。从实际应用情况来看，与软包和塑壳单体蓄电池相比，金属壳电芯更容易发生漏液情况导致绝缘失效。（3）电池负极析锂电池使用不当，过充电、低温充电、大电流充电都会导致电池负极析锂。国内大部分厂家生产的磷酸铁锂或三元锂电池在0℃以下充电都会发生析锂，0℃以上根据单体蓄电池特性只能小电流充电。发生负极析锂后，锂不可还原，导致电池容量不可逆衰减。当析锂达到严重程度时，形成锂枝晶，刺穿隔膜发生内部短路，所以动力蓄电池在使用时应该严禁低温下充电。（4）单体蓄电池胀气鼓胀产生胀气的原因很多，主要是因为电池内部发生副反应产生气体，最为典型的是与水发生的副反应。胀气问题可以通过在单体蓄电池生产过程严格控制水分避免。一旦发生电池胀气就会发生漏液等情况。以上几种失效模式是非常严重的问题，可能会造成人员伤亡。电池使用1~2年没有问题，并不代表这个电池以后没有问题，使用越久的电池失效的风险越大。【学生】记录这些故障模式，思考它们对电池性能和安全的影响。2.电池的非安全性故障分析【教师】讲解容量一致性差、自放电过大、低温放电容量减少和电池容量衰减等非安全性故障。（1）容量一致性差动力蓄电池的不一致性通常是指一组电池内单体蓄电池的剩余容量差异过大、电压差异过大，引起电池续航能力变差。引起电池一致性变差的原因是多方面的，包括电池的生产制造工艺、电池的存放时间、电池组充放电期间的温度差异、充放电电流大小等。目前的解决方法主要是通过提高电池的生产制造工艺控制水平，从生产尽可能保证电池的一致性，使用同一批次电池进行配组。这种方法有一定效果，但无法根治、电池组使用一段时间后一致性差的问题还会出现，电池组发生不一致性问题后，如果不能及时处理，问题会更加严重，甚至会发生危险。（2）自放电过大电池制造时混入的杂质造成的微短路引起的不可逆反应是造成个别电池自放电偏大的最主要原因。大多电池生产厂家对电池的微小自放电都可忽略。由于电池在长时间的充放电及搁置过程中，随环境条件发生化学反应，引起电池自放电大。这使电池电量降低，性能低下，不能满足使用需求。（3）低温放电容量减少随着温度的降低，电解液低温性能不好，参与反应不够，电解液电导率降低而导致电池电阻增大，电压平台降低，容量也降低。目前各厂家电池在-20℃下的放电容量基本是额定容量的70%～75%。低温下电池放电容量减少，且放电性能差，影响电动汽车的使用性能和续驶里程。（4）电池容量衰减电池容量衰减主要来自于活性锂离子的损失以及电极活性材料的损失。正极活性材料层状结构规整度下降，负极活性材料上沉积钝化膜，石墨化程度降低，隔膜孔隙率下降，导致电池电荷传递阻抗增大。脱嵌锂能力下降，从而导致容量的损失。电池容量衰减是电池不可避免的问题，但是目前电池厂家首要应该解决前面安全性失效问题和电池一致性问题，在这个基础上再考虑延长电池的循环寿命。【学生】通过实例学习这些故障现象，理解它们对电池性能的具体影响。二、蓄电池组单体电压异常故障分析处理1.个别单体蓄电池电压异常故障处理流程【教师】逐步讲解处理流程，从确认异常单体蓄电池编号到检查CSC模块的采样功能。步骤1：根据采集到的蓄电池数据流，确认异常单体蓄电池的编号，参考维修资料找到该单体蓄电池编号所对应的蓄电池组。步骤2：检查蓄电池组的采样线束是否有破损、接插件是否松动。若破损应更换线束；若采样线束正常，需进行下一步骤排查。步骤3：检查单体蓄电池监测电路（CSC）模块的采样功能是否正常，可更换新的CSC（需配好对应地址）或者相邻两块CSC对换。再通讨诊断仪或上位机软件查看所有单体蓄电池的数据流；若单体蓄电池采样正常，则说明是CSC问题，更换即可；若单体蓄电池仍旧采样异常，则说明CSC功能正常，需进行下一步骤确认工作。步骤4：检查蓄电池组内对应单体蓄电池的单体电压：可拔掉CSC端采样接插件，根据线标测量对应单体蓄电池的实际电压：若实际量取电压与采样值一致，则说明是蓄电池模块内单体蓄电池问题导致的异常，排查结束。注意：万用表测量单体蓄电池实际电压时，注意佩戴绝缘防护手套，避免表笔短路。【学生】跟随教师的讲解，记录每一步的检查要点和操作技巧。2.个别单体蓄电池电压异常故障处理【教师】指导学生如何在确保安全的前提下，对单体蓄电池进行补电或放电均衡处理。在确保蓄电池组绝缘值正常，且单体蓄电池没有严重欠电压、过电压的前提条件下，可对相应单体蓄电池做补电或放电均衡处理，保证所有单体蓄电池电压平台基本一致，否则需要更换相对应电压平台的蓄电池组。针对行车过程中出现的个别单体蓄电池电压导常，根据上述步骤处理完后随车采集2~3的蓄电池数据流，判断问题是否有效解决。【学生】学习如何判断何时需要更换蓄电池，并了解均衡处理的重要性。3.整组单体蓄电池电压异常故障处理流程【教师】说明在处理整组电压异常时，如何确保CAN网络连接正常，并使用诊断工具进行故障诊断。步骤1：确保全车CAN网络线束连接完好，包括BMC与CSC之间的蓄电池子网连接正常。步骤2：使用诊断仪或上位机软件确认整组单体蓄电池电压异常的模块号以及对照维修资料找到相对应的CSC。步骤3：若是整组单体蓄电池电压偏高或偏低导致的故障，则可通过对蓄电池组正常充、放电解决：若是单个蓄电池箱内所有单体蓄电池电压偏高或偏低，则可通过对该箱体单独充、放电即可解决。注意：蓄电池模块过充电或过放电且超过安全可控范围造成蓄电池模块单体异常的，处理后不能再次使用。【学生】掌握使用专业工具进行系统性故障分析的方法。4.一般情况下的单体蓄电池电压异常故障处理【教师】强调在处理电压异常时，要注意检查接插件和线束的状态，以及可能的电磁干扰问题。某个或某几个单体蓄电池电压异常，一般情况下可能是CSC端的接插件引起的，或是蓄电池组有过充电、过放电现象。只需要按照上述步骤处理即可。单体蓄电池电压异常处理完后随车采集2~3天的蓄电池数据流，判断问题是否解决。【学生】学习如何通过细致的检查来定位问题源头。5.蓄电池组单体电压异常故障的其他原因【教师】总结可能的其他原因，包括插件和线束问题、CSC模块损坏、单体蓄电池自身差异等。蓄电池模块单体电压异常故障（过电压、欠电压、压差过大）根据上述步骤分析处理。一般情况下可明确造成故障的原因，主要有：插件和线束松动或磨损、CSC模块损坏、单体蓄电池自身差异等原因。上述原因都正常的情况下，可能会由于电磁干扰导致数据收集、上传异常，可按照CAN总线干扰处理方案进行选择性尝试处理【学生】了解在故障诊断中考虑多种可能性，以及如何通过排除法找到问题所在。三、单体蓄电池电压过高故障诊断与排除动力电池包充满电后，左侧的模组出现单体蓄电池电压偏高的情况。例如，磷酸铁锂蓄电池满电静置后电压在3.35V左右，三元锂蓄电池满电静置后单体电池电压在3.90V左右，若出现压差在30mV以上就可以判断单体蓄电池电压高故障。单体电池电压过高原因包括：①单体蓄电池监测电路（CSC）模块采集信号误差；②CSC均衡功能差或失效；③电池容量低（俗称电池衰减）充电时模组或单体电压值上升快，特别是车辆在滑行、减速过程中更加明显。单体蓄电池电压过高处理方法【教师】介绍单体蓄电池电压过高的可能原因和处理方法，包括校准CSC、检查电压采集线和更换CSC模块。1）单体蓄电池电压显示值比较其他的单体蓄电池电压值偏高，测量单体蓄电池电压值进行对比。若实际值较显示值低，并且与其他的单体蓄电池电压相同，则以实际的测试值为标准对CSC单体蓄电池电压进行校准；若测量值与显示值相同，则人为对电压值偏高的单体蓄电池或电池模组进行放电均衡。2）检查CSC的电压采集样线是否断裂、虚接。3）更换CSC模块。【学生】学习如何准确测量和对比电压值，以及如何进行放电均衡。2.单体蓄电池电压低故障诊断与排除【教师】讲解电压低的处理方法，包括校准、检查线束、更换CSC模块和更换故障蓄电池。满电静置后，单体蓄电池低于正常值。单体蓄电池电压低处理方法如下：1）单体蓄电池电压显示值较其他的单体蓄电池电压值偏低，测量单体蓄电池电压值进行对比。若实际值较显示值高，并且与其他的单体蓄电池电压相同，则以实际的测试值为标准对CSC单体蓄电池电压进行校准；若测量值与显示值相同，则人为对电压值偏低的单体蓄电池或电池模组进行充电均衡。2）检查CSC的电压采集线束是否断裂、虚接。3）更换CSC模块。4）对故障的单体蓄电池或电池模组进行更换。步骤如下：①作业前准备（场地布置、防护装备检查穿戴、仪器设备检查、汽车防护三件套安装）。②记录车辆信息。③确认故障现象，读取故障码和数据流，分析故障范围。④制定故障检测步骤。⑤实施故障检测与排除。【学生】了解在电压异常情况下，如何进行系统的检查和必要的更换。【教师】随机邀请学生完成以下任务请用自己的话，简述蓄电池单体电压异常故障的处理流程。【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答【学生】聆听、思考、理解、记忆实践应用【教师】扫码播放“单体蓄电池常见故障”视频，然后带领学生到车间进行实践操作1．准备工作（1）实训场所：理实一体化实训室。（2）工具及设备：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】通过实操或播放视频，并进行讲解1）动力蓄电池管理系统台架检查观察电池故障灯是否点亮。尝试执行放电操作，检查系统是否显示故障并禁止放电。分析故障原因。2）数据读取与分析进行考试和数据流读取。记录当前总电压和单体蓄电池电压及温度。读取故障码。检查电池SOC。3）电压测量使用万用表测量BAT1-12的正负极电压，记录电压值。识别电压异常的电池，并记录其电压。4）故障排除练习在实训台主界面进行考试和答题，选择过放（过度放电）相关问题。选择相应的过放电池进行操作。完成答题并排除故障。5）检查验收与6S管理关闭车辆点火开关。