新能源汽車動力電池及管理系統(tǒng)檢修 課件 項目三 檢修整車關聯(lián)動力電池系統(tǒng)故障

新能源汽車動力電池及管理系統(tǒng)檢修任務四檢修動力電池通信類故障檢修整車關聯(lián)動力電池系統(tǒng)故障項目三任務一檢修高壓互鎖故障任務二檢修絕緣故障任務三檢修新能源汽車充電系統(tǒng)故障任務五熱管理系統(tǒng)認知項目描述電動汽車電氣系統(tǒng)主要包括高壓配電系統(tǒng)、低壓電氣系統(tǒng)和CAN總線通信系統(tǒng)等。低壓電氣系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車類似，為12V或24V的低壓電氣系統(tǒng)，傳統(tǒng)汽車通常是12V低壓電氣系統(tǒng)。高壓配電系統(tǒng)負責將動力電池與驅(qū)動電機、PTC加熱器、電動空調(diào)壓縮機、車載充電機、充電接口等各高壓電氣部件連接，完成高壓電的輸入輸出。高壓配電系統(tǒng)主要包括高壓繼電器、預充電阻、電流/電壓傳感器、高壓線纜、熔斷器、手動維修開關（MSD）、高壓插接件等。一種典型的電動汽車高壓電氣系統(tǒng)架構(gòu)，如右圖所示。電動汽車動力電池額定電壓通常較高，按GB/T31466—2015《電動汽車高壓系統(tǒng)電壓等級》的規(guī)定，可選擇144V、288V、317V、346V、400V、576V等，因此要求高壓配電系統(tǒng)除了滿足電動汽車動力系統(tǒng)電能分配需求，還需確保高壓系統(tǒng)能夠安全、可靠、穩(wěn)定的運行。電動汽車高壓配電系統(tǒng)必須符合相關的技術標準要求，這些技術要求主要包括高壓電氣部件標識、高壓電氣絕緣與防護要求、高壓電氣耐壓要求、接觸防護要求、預充保護、安全泄壓保護、過載與短路保護、高壓電磁保護等。高壓互鎖（HVIL）是利用低壓信號管理高壓回路的一種安全設計方法。在高壓系統(tǒng)設計中，為避免由于高壓連接器在實際操作過程中帶電斷開、閉合所造成的拉弧，高壓連接器一般都應具備高壓互鎖功能，如上圖所示。學習目標知識目標1.掌握高壓互鎖的結(jié)構(gòu)及工作原理。2.掌握絕緣檢測的工作原理。3.了解新能源汽車交直流充電系統(tǒng)。4.掌握常見通信信號的傳輸。技能目標1.掌握高壓互鎖故障的診斷流程。2.掌握絕緣故障的診斷流程。3.掌握新能源汽車充電故障的診斷流程。4.掌握動力電池通信類故障的診斷流程。素養(yǎng)目標1.養(yǎng)成能夠“最大化”利用有限時間學習的習慣。2.能夠通過閱讀資料劃出關鍵技術點，具備歸納整理故障診斷方法的能力。3.養(yǎng)成主動思考、自主學習的良好習慣。4.提升發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。5.設立目標，并能夠制定實現(xiàn)目標的計劃。高壓互鎖是新能源汽車廣泛采用的一種高壓系統(tǒng)安全保護方法，該方法通過使用低壓電信號來檢查整個高壓系統(tǒng)部件、導線及插接件的電氣完整性情況。當發(fā)生高壓互鎖故障后，必須保證整車高壓系統(tǒng)立即下電且在故障排除前高壓系統(tǒng)不能上電。高壓互鎖電路如右圖所示。任務一檢修高壓互鎖故障高壓互鎖檢測方式主要分為兩種：一種是將各個檢測單元串聯(lián)，只要其中一個高壓件互鎖斷開就上報互鎖故障，但這種方式不能具體確認哪個高壓件出現(xiàn)了互鎖故障；另一種是基于每一個高壓件單獨進行互鎖檢測，從而能夠具體確定故障位置，但是這種檢測方式不容易布置，并且設計策略復雜，同時設計成本較高。一、認識高壓互鎖高壓互鎖是指危險電壓互鎖回路（HighVoltageInterlock，HVIL），通過使用電氣小信號，來檢查整個高壓產(chǎn)品、導線、插接件及護蓋的電氣完整性（連續(xù)性），識別當高壓回路異常斷開時，及時斷開高壓電。在ISO6469-3：2001《電動汽車安全技術規(guī)范?第3部分：人員電氣傷害防護》中，規(guī)定電動汽車高壓部件應具有高壓互鎖裝置。高壓互鎖的目的是通過低壓信號來檢查整個高壓系統(tǒng)回路的完整性及連續(xù)性，當識別到高壓回路異常斷開時，能夠及時斷開高壓輸入端的控制元器件。1.高壓互鎖回路高壓互鎖回路主要通過低壓信號來檢查整個高壓系統(tǒng)回路的完整性及連續(xù)性。某乘用車電池系統(tǒng)高壓互鎖原理圖及插接件實物，如下圖所示。2.安全措施1）及時斷開高壓輸入端的控制元器件。2）BMS檢測到HVIL回路斷開，當判斷車輛系統(tǒng)存在風險時，會根據(jù)當時的車輛情況，采取不同的安全措施，安全措施描述見右表。3.手動維修開關（MSD）（1）單一斷電手動維修開關單一斷電手動維修開關是保證高壓電氣安全的關鍵部件之一，是實現(xiàn)高壓系統(tǒng)電氣隔離的執(zhí)行部件，在關鍵時刻用于切斷高壓動力回路，以保障維修和駕乘人員的安全。單一斷電手動維修開關，通常會將主回路的高壓熔絲內(nèi)置于MSD中，如下圖所示。當需要進行維修時，拔出單一斷電MSD就可以有效地從物理層面切斷動力電池管理系統(tǒng)的高壓輸出，從而保障維修人員的安全；在運行過程中，如果發(fā)生短路則可以起到熔斷保護作用。單一斷電MSD在高壓電氣系統(tǒng)中的布置位置要兼顧整車的安裝和插拔操作的便利性，主要有兩種布置方式，如右圖所示。一種是布置在高壓電氣回路的電池模組中心附近，在整車上通常布置在扶手箱下方，拆卸扶手箱后可將其拔出，也有部分車型布置在座椅下方的地板上；另一種是布置在高壓電氣回路的正極附近。（2）帶安全線的手動維修開關帶安全線的手動維修開關用于高壓電路系統(tǒng)維修與短路保護，也是高壓電池接觸器12V控制電路的電氣連接，安全線的構(gòu)件也是高壓電池兩個部分之間的電橋，如圖所示。帶安全線的手動維修開關為電動汽車電力系統(tǒng)的維修提供安全和可靠保證，既可以作為維修保護開關，又可以起到短路保護作用。如果手動維修開關脫開了，那么安全線也就斷開了，接觸器的12V控制電路和高壓電池也隨之被斷開。（3）手動維修開關的開鎖和上鎖1）打開手動維修開關方法一。①按壓卡槽“a”解鎖，同時向方向“A”推動固定夾“b”至限位。②再次按壓卡槽“a”解鎖，向方向“A”推動固定夾“b”至頂點。③向方向“A”拔出手動維修開關，如右圖所示。2）打開手動維修開關方法二。①向方向“A”推動卡扣“a”至頂點。②保持按壓卡槽“b”同時向方向“A”推動固定夾“c”至解鎖。③向方向“A”拔出手動維修開關。注意：請關閉點火開關。如果在行李箱內(nèi)必須打開其高壓系統(tǒng)保養(yǎng)蓋板，手動維修開關根據(jù)車型的不同安裝位置也是不一樣的，如圖所示。二、高壓互鎖故障的診斷流程1.故障現(xiàn)象（1）客戶現(xiàn)象1）儀表報警高壓互鎖故障。2）行車時限功率，停車后可能無法上高壓電。3）車輛停止狀態(tài)下無法上高壓電。4）高壓互鎖故障引發(fā)其他故障，導致儀表報其他故障類型。（2）上位機檢測1）MSD高壓互鎖端電源/短地/開路故障（電動汽車產(chǎn)品大多沒有MSD，但是高壓互鎖回路端子同樣存在于高壓插接件底座上）。2）動力電池高壓互鎖端電源/短地/開路故障。3）CSC高壓互鎖故障。2.排查思路1）車輛上低壓電（鑰匙到ON檔），查看故障碼，故障碼（DTC）報高壓互鎖相關故障。2）上位機如果能報出故障位置，如MSD、CSC、動力電池等，則直接排查該模塊。如果不能報出故障位置，依據(jù)電氣原理圖，乘用車則對整個BMS帶有高壓互鎖線的插接件和MSD逐一排查，商用車則分電池箱、接線盒、控制盒，先分別對其高壓互鎖線輸入、輸出進行排查，定位是BMS哪個模塊產(chǎn)生的故障，進而對該模塊所有帶高壓互鎖線的MSD和插接件逐一排查。3）如定位為模塊內(nèi)部問題，則需將該模塊從車上拆下，拆開電池箱排查。4）如該模塊含BMU，可用萬用表測量其兩個高壓互鎖檢測端子對地電壓、對電線或電源線的導通情況。5）如判定為電池箱/CSC故障，可通過采集CAN報文，解析后定位為幾號電池箱/CSC故障，進行進一步排查。3.排查方法高壓互鎖故障排查方法見下表。任務二檢修絕緣故障隨著高壓BMS在汽車和高壓儲能系統(tǒng)中的廣泛應用，一系列問題隨之而來，尤其是BMS安全問題。在高壓電池供電系統(tǒng)中，負載啟動、運行及停止的過程中都有可能發(fā)生安全問題。當絕緣失效時會造成高壓對人體的直接傷害，并關系到人員的生命安全，因此絕緣電阻的檢測是至關重要的設計環(huán)節(jié)。為保證高壓BMS安全運行，需要對BMS進行全面的安全管理。但當整車自檢時，其絕緣電阻無法直接利用相關檢測工具來直接測量，可通過建立絕緣檢測電路，間接檢測出絕緣電阻，從而判斷電動汽車的絕緣狀況。高壓系統(tǒng)與殼體絕緣，殼體與整車底盤公共接地點，如上圖所示。一、認識絕緣檢測1.絕緣檢測的作用什么是絕緣？工程上的絕緣是指為了隔離人、其他帶電或者不帶電結(jié)構(gòu)，在帶電器件表面包裹一層不導電物質(zhì)的做法。不導電的物質(zhì)叫作絕緣材料。電動汽車絕緣性能的檢測原理本質(zhì)上是通過檢測高壓回路主正、主負直流母線對于底盤地的絕緣電阻來判斷絕緣性能是否優(yōu)良。電氣系統(tǒng)如果出現(xiàn)絕緣失效，因程度不同，會造成累加的后果。系統(tǒng)中只有一個點絕緣出現(xiàn)故障，暫時對系統(tǒng)不會產(chǎn)生明顯影響；出現(xiàn)多點絕緣失效，則漏電流會在兩點之間流轉(zhuǎn)，在附近材料上積累熱量，遇到極端情形可能會引發(fā)火災，同時影響電氣的正常工作。最嚴重的情形，可能發(fā)生人員觸電。當然，汽車電氣系統(tǒng)都在底盤等駕乘人員一般情況下難以觸及的地方，最可能遇到觸電危險的是車輛的生產(chǎn)和維修人員。電氣系統(tǒng)絕緣失效的常見原因，除了設計和制造問題，一般包括熱老化、光老化、低溫環(huán)境下的材料脆裂和固定不當引起的摩擦損傷等。絕緣檢測的目的是檢測電池箱的正極對殼體和負極對殼體的絕緣電阻，防止電池箱漏電導致安全事故發(fā)生。電動汽車與傳統(tǒng)汽車相比，大大增加了電子電氣系統(tǒng)的比例。并且，電動汽車動力系統(tǒng)采用200～800V的高壓電，因此電氣絕緣檢測是電動汽車高壓安全的重要項目。根據(jù)相關標準中對人體安全電流的要求（直流10mA，交流2mA），GB18384—2020《電動汽車安全要求》中規(guī)定，絕緣電阻最低要求：直流100Ω/V，交流500Ω/V。2.高壓絕緣監(jiān)測工作原理根據(jù)GB18384—2020《電動汽車安全要求》，動力電池管理系統(tǒng)（BMS）必須配備安全監(jiān)測模塊，對高壓回路絕緣性進行在線監(jiān)測。一種高壓絕緣監(jiān)測系統(tǒng)電路如右圖所示，包括絕緣電阻測量模塊、電機控制器（MCU）、絕緣故障報警模塊和CAN通信模塊等。絕緣電阻測量模塊測量高壓母線絕緣性；電機控制器處理絕緣測量模塊的信息，并根據(jù)測量結(jié)果發(fā)出相應的控制信息；絕緣故障報警模塊在系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣故障時，通過顯示與報警模塊警告駕駛?cè)讼到y(tǒng)檢測出該電動汽車存在的絕緣故障，應采取相應的保護措施；CAN通信模塊向整車控制器輸出系統(tǒng)監(jiān)測出的絕緣故障信息，用以優(yōu)化整車控制策略。也有一些動力電池管理系統(tǒng)（BMS）將電機控制器、絕緣電阻測量模塊、CAN通信模塊集成于BMS主控模塊（BMU）中。絕緣電阻測量模塊對高壓母線絕緣性檢測的方法有漏電電流檢測法、低頻信號注入法和橋式電阻法（接地檢測法）等。絕緣電阻≥500Ω/V為正常，絕緣電阻100～500Ω/V為輕微漏電，絕緣電阻≤100Ω/V為嚴重漏電。高壓回路存在絕緣故障時，BMS會上報故障并進行故障警報，嚴重漏電時，BMS還會切斷高壓回路，確保電動汽車使用人員的安全。（1）漏電電流檢測法漏電電流檢測法是通過檢測直流母線對地漏電電流來檢測絕緣性的方法，通常將電流檢測元件、控制單元、CAN通信模塊集成為直流漏電傳感器總成。左圖所示為電動汽車直流漏電傳感器。直流漏電傳感器檢測動力電池直流母線負極對地的漏電電流，判斷是否存在漏電故障，通過CAN總線與高壓電控總成交互，并向動力電池管理系統(tǒng)控制器發(fā)送一般漏電、嚴重漏電控制信號。直流漏電傳感器常用的電流檢測元件為霍爾電流傳感器。（2）脈沖信號注入法采用脈沖信號注入法，可單獨檢測高壓母線正極與接地或負極與接地的絕緣電阻。右圖所示為采用脈沖信號注入法檢測高壓母線正極對地絕緣電阻，將絕緣電阻測量模塊連接于高壓母線正極與接地之間，絕緣電阻測量模塊內(nèi)部的分壓電阻R1、R2與高壓正極對地電阻RF形成回路，絕緣電阻測量模塊內(nèi)部設有低頻脈沖信號發(fā)生器，產(chǎn)生一個對稱的方波信號，采樣電路通過測量方波信號在分壓電阻R1、R2上的電壓，計算高壓正極對地絕緣電阻RF。高壓母線負極對地絕緣電阻檢測與高壓母線正極檢測方法一致。（3）橋式電阻法橋式電阻法是直流母線無源接地檢測法之一，可檢測高壓母線正、負極對地絕緣電阻，檢測原理如左圖所示。高壓母線正、負極對車身絕緣電阻分別為R+和R-，R1、R2、R3、R4為檢測電路的已知電阻，其中R1=R2、R3=R4，R1+R3=R2+R4=R。二、絕緣故障的診斷流程1.絕緣檢測工具和檢測安全注意事項在電動汽車檢測與維修中，對高壓電氣系統(tǒng)的絕緣性能檢測時需要使用專用的絕緣測試儀器，測量高壓電纜及高壓部件對車身絕緣電阻是否位于規(guī)定值的范圍內(nèi)。常用的測試儀器有數(shù)字式萬用表、絕緣電阻表、數(shù)字式絕緣測試儀等。數(shù)字式萬用表如右圖所示。數(shù)字式萬用表，通過功能開關的轉(zhuǎn)換，可以測量電壓、電流、電阻、電容和溫度等物理量。數(shù)字式絕緣測試儀只能在不通電的電路上進行測試。在測試之前，確保測試電路或者電氣設備已處于斷電狀態(tài)。在進行電動汽車絕緣檢測時，為確保檢測人員的安全，必須做好以下安全防護工作：1）在操作區(qū)域設置安全隔離裝置，并放置操作警告牌，設立絕緣地墊以便增強操作安全性。2）在檢測現(xiàn)場和操作過程中，必須安排安全技術人員進行全程監(jiān)督。3）務必檢查高壓防護手套、護目鏡以及其他儀器儀表是否符合相應的安全等級要求。4）做好一切準備工作后，關閉車輛電源，同時拔下車鑰匙，將鑰匙交由操作人員單獨保管，如右圖所示。后續(xù)斷開低壓電池負極以切斷低壓線路，涉及高壓操作時需拔下手動維修開關并進行安全保管，無手動維修開關的車輛可斷開高壓線路連接點，如右圖所示。2.絕緣檢測位置高壓采樣絕緣采樣和計算位置（見右表）。高壓采樣絕緣檢測位置如下圖所示。3.診斷儀檢測使用診斷儀提取故障碼，故障碼含義見下表。4.故障分析對故障主要原因進行分析，見下表。5.故障排查故障原因和故障排查方法見上表。6.排查思路1）整車絕緣故障分析流程圖如右圖所示。2）某商用車電池系統(tǒng)絕緣低故障排查思路示例。①連接上位機，確認上位機所報的絕緣故障。②整車上高壓電，采集數(shù)據(jù)，觀察上位機絕緣值的大小。③根據(jù)原理圖及資料確認，該車是否為整車采集絕緣，如果整車采集絕緣跳轉(zhuǎn)至⑨，否則繼續(xù)排查。④斷開高壓盒與整車高壓連接，閉合放電回路繼電器，測量高壓盒輸出端正、負極分別對地絕緣。⑤如有異常，則判定為動力電池管理系統(tǒng)故障，否則跳轉(zhuǎn)至⑥。⑥斷開高壓盒與電池高壓連接，測量電池總正總負、加熱膜正負、DC/DC正負分別對地絕緣，如⑦異常，則判定為電池DC/DC故障，否則繼續(xù)排查。⑦測量高壓盒正、負極分別對地絕緣（包括加熱輸入輸出、熱管理系統(tǒng)高壓正負、高壓輸出正負），如異常，則判定為高壓盒故障，否則跳轉(zhuǎn)到⑧。⑧排查整車部件，重點排查整車DC/DC、多合一、整車電機及整車空調(diào)等；如異常，則判定為整車故障，否則繼續(xù)排查。⑨如整車和BMS均排查無問題，則可能為整車Y電容偏大導致絕緣偏低，需采集SCAN報文及上位機數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析。⑩采集ACAN報文，根據(jù)ACAN協(xié)議分析整車是否將絕緣值發(fā)出，如果是繼續(xù)排查，否則請求整車排查。3）充電過程絕緣檢測。①確認更換其他（最好是不同制造商的）充電樁后是否繼續(xù)報絕緣故障，如果是繼續(xù)排查，否則跳轉(zhuǎn)到⑦。②連接上位機，確認上位機所報的絕緣故障。③插充電槍開始充電，觀察絕緣故障報出時機，如絕緣故障出現(xiàn)在充電繼電器閉合后0～1min，則跳轉(zhuǎn)到⑥，如發(fā)生在充電繼電器閉合前則繼續(xù)排查。④停止充電，斷開充電槍，整車正常上低壓電，閉合主正/主負繼電器，觀察是否報絕緣故障，如果有則跳轉(zhuǎn)到⑥，否則繼續(xù)排查。⑤高低壓下電，用絕緣表測量充電口正負極對地的絕緣，如果有絕緣故障聯(lián)系整車充電更換充電底座，否則繼續(xù)排查。⑥按照“電池系統(tǒng)絕緣低故障”排查絕緣故障。⑦聯(lián)系充電樁廠家排查充電樁，重點確認下是否有絕緣模塊在工作，充電樁絕緣是否正常。⑧采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)及排查結(jié)果發(fā)回相應公司的技術人員請求支持。⑨測量高壓盒正、負極分別的對地絕緣（包括加熱輸入輸出、熱管理系統(tǒng)高壓正負、高壓輸出正負），如異常則判定為高壓盒故障，否則跳轉(zhuǎn)到⑧。⑩排查整車部件，重點排查整車DC/DC、多合一、整車電機及整車空調(diào)等；如異常，則判定為整車故障，否則繼續(xù)排查。k如整車和BMS均排查無問題，則可能為整車Y電容偏大導致絕緣偏低，需采集SCAN報文及上位機數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析。l采集ACAN報文，根據(jù)ACAN協(xié)議分析整車是否將絕緣值發(fā)出，如果是繼續(xù)排查，否則請求整車排查。動力電池充電系統(tǒng)是新能源汽車的電能補給系統(tǒng)，主要分為常規(guī)充電（俗稱慢充）和快速充電（俗稱快充）兩種方式。新能源汽車的充電系統(tǒng)包括慢充接口、快充接口、車載充電機、高壓盒、充電連接線以及相關的控制單元等部件，如右圖所示。任務三檢修新能源汽車充電系統(tǒng)故障一、認知新能源汽車交直流充電系統(tǒng)當前新能源汽車主要以插電式混合動力汽車和電動汽車為主，這兩種新能源汽車都需要進行充電。1.充電系統(tǒng)作用對于電動汽車和插電式混合動力汽車，高電壓電池充電系統(tǒng)是不可缺少的子系統(tǒng)之一，其功能是將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)化為車載動力電池的電能，當動力電池充滿電后將自動停止充電。動力電池充電系統(tǒng)主要由充電機、充電設備（如移動充電包、便攜式電動汽車充電器或充電樁）和車載充電接口三部分組成。（1）充電機充電機是指將電網(wǎng)提供的交直流電能轉(zhuǎn)化為車載動力電池所需的直流電能裝置（即AC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/DC變換器）。電動汽車和插電式混合動力汽車充電機分為車載充電機（安裝在車內(nèi)）和非車載充電機（安裝在充電樁內(nèi)）兩種。車載充電機是指將AC/DC轉(zhuǎn)換器安裝在插電式混合動力汽車或電動汽車上，采用地面交流電網(wǎng)或車載電源對動力電池進行充電的裝置，如左圖所示。車載充電機負責與交流電網(wǎng)建立連接并滿足車輛充電的電氣安全要求。此外還通過控制導線與車輛建立通信。這樣可以安全啟動充電過程并在車輛與車載充電機之間交換充電參數(shù)（例如最大電流強度）。（2）移動充電包移動充電包是一條充電線，任何有普通電源接口的地方都可以充電，體積和重量均較小，所以使用非常方便，如下圖所示，也可將移動充電包放在行李艙內(nèi)。由于使用普通家用插座將移動充電包連接到交流電壓網(wǎng)絡上，限制了最大充電電流強度。我國針對該交流電壓網(wǎng)絡提供的相關產(chǎn)品型號可使用最大16A的電流強度或最大3.7kW的充電功率，屬于車載慢充系統(tǒng)，理論上，使之前完全放電的插電式混合動力汽車與電動汽車動力電池重新充滿電大約需要持續(xù)7h。為減少最大充電功率使用時間，不允許以最大充電電流進行充電，因此實際充電的持續(xù)時間更長。（3）便攜式電動汽車充電器便攜式電動汽車充電器的外觀像是我們平常用到的旅行箱，還帶著小輪子，以便于移動。這款移動電源的重量約為23kg，內(nèi)置一塊容量為4kW·h的電池，充電30min可以為車輛增加19～32km的續(xù)駛里程，如右圖所示。交流充電樁可通過二相或三相方式將交流充電樁連接至交流電壓網(wǎng)絡，但始終通過單相方式與新能源汽車充電接口進行連接。在我國，固定安裝式交流充電樁分為落地式和掛壁式兩種形式，如下圖所示。交流充電樁的最大電流強度可為32A，最大充電功率可為7.4kW。這些最大值由電氣安裝所用導線橫截面的大小決定。進行安裝時，電氣專業(yè)人員根據(jù)導線橫截面配置充電樁，確?？赏ㄟ^控制信號將相應的最大電流強度傳輸至車輛。（4）充電樁插電式混合動力汽車與電動汽車供電設備型號，根據(jù)其尺寸和電氣要求必須以固定方式安裝，如安裝于客戶屋內(nèi)或車庫內(nèi)；在公共場所如停車場也可以設立充電樁。固定安裝式充電樁設備（又稱為“充電樁”）分為交流充電樁和直流充電樁。原則上，可通過交流電（交流電充電）或直流電（直流電充電）對動力電池進行充電。在新能源汽車上，動力電池的充電方式主要取決于車輛充電配置以及不同國家的充電基礎設施，如右圖所示。充電樁是一種專為車載動力電池充電的設備，是具有特定功能的電力轉(zhuǎn)換裝置。常用的充電樁可分為直流充電樁、交流充電樁和交直流充電樁三種。1）直流充電樁。直流充電樁是指采用直流充電模式為電動汽車動力電池進行充電的裝置，直流充電模式是以充電樁輸出的可控直流電源直接對動力電池進行充電，如右圖所示。2）交流充電樁。交流充電樁是指采用交流充電模式為電動汽車動力電池進行充電的裝置。交流充電模式是以三相或單相交流電源向電動汽車提供充電電源。交流充電模式的特征是充電機為車載系統(tǒng)，交流充電樁如左圖所示。3）交直流充電樁。交直流充電樁是指將直流充電功能和交流充電功能集成在一體的，可移動、可固定、可掛壁的車用充電裝置。交直流充電樁不僅具有為動力電池系統(tǒng)提供安全、自動充滿電的能力，同時也具有為車載充電機提供交流電的能力，如上圖所示。（5）車載充電接口車載充電接口和充電樁供電接口如下圖所示。2.充電系統(tǒng)充電模式GB/T18487.1—2023《電動汽車傳導充電系統(tǒng)第1部分：通用要求》規(guī)定了電動汽車傳導充電系統(tǒng)在設計、制造和使用過程中需要遵循的基本要求，包括電氣安全性、機械安全性、環(huán)境適應性等方面。例如，在電氣安全性方面，該標準規(guī)定了電動汽車傳導充電系統(tǒng)必須具備絕緣保護、漏電保護、接地保護等基本的電氣安全功能；在機械安全性方面，該標準要求電動汽車傳導充電系統(tǒng)應該具有防水、防塵、防撞擊等基本的機械安全功能。在慢充系統(tǒng)中，慢充樁通過慢充槍與車輛的慢充口連接，慢充樁的交流電通過慢充線束及車載充電機，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏褐绷麟?，?jīng)過高壓盒、直流母線為動力電池充電。同時，高壓直流電還通過DC/DC變換器給低壓電池充電，如圖所示。在快充系統(tǒng)中，快充樁通過快充槍與車輛的快充口連接，快充樁的高壓直流電通過快充線束，經(jīng)過高壓盒中的快充正、負極繼電器，最后通過直流母線為動力電池充電。同時，高壓直流電還通過DC/DC變換器給低壓電池充電，如上圖所示。任務四檢修動力電池通信類故障動力電池管理系統(tǒng)是二端子系統(tǒng)，其一端與整車電子系統(tǒng)相連，另一端與動力電池相連，并通過總線與能量控制系統(tǒng)、電機控制器、車載控制器、車載顯示系統(tǒng)等進行實時通信。新能源汽車BMS主要基于微型計算機技術，并結(jié)合電池監(jiān)測及自動控制技術對電池箱的狀態(tài)進行實時監(jiān)控、準確測量、安全保護，管理電池使其始終處于安全的狀態(tài)下工作，進而提高動力電池管理系統(tǒng)的耐久性和魯棒性。1.CAN總線控制器局域網(wǎng)（ControllerAreaNetwork，CAN）總線，由德國博世公司于1987年，為解決現(xiàn)代汽車眾多的控制器與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換問題而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，其通信速率最高可達1Mbit/s，如上圖所示。CAN總線協(xié)議包括三個部分：高速CAN網(wǎng)物理層、中速CAN網(wǎng)物理層和協(xié)議層。2.ISO9141協(xié)議ISO9141協(xié)議主要為車輛與診斷設備之間通信的國際標準，于1994年開始在車輛上使用，其速率<10.4kbit/s。ISO9141協(xié)議中包含有一系列模塊，只有與診斷儀連接后，模塊才通過協(xié)議的單根數(shù)據(jù)總線發(fā)送信息。連接在總線上的控制模塊之間沒有通信，如右圖所示。3.LIN總線局域互聯(lián)協(xié)議（LocalInterconnectNetwork，LIN）是由摩托羅拉、寶馬、戴姆勒-克萊斯勒、大眾等乘用車公司組成的LIN協(xié)會，于1999年推出的開放式串行通信標準。2000年和2003年，分別發(fā)布了LIN1.2和LIN2.0規(guī)范。LIN主要用作CAN等高速總線的輔助網(wǎng)絡或子網(wǎng)絡，在帶寬要求不高、功能簡單、實時性要求低的場合，如車身電器的控制（空調(diào)、后視鏡、車門模塊、座椅等），使用LIN總線可有效地簡化網(wǎng)絡線束，減低成本，提高網(wǎng)絡通信效率和可靠性。CAN-LIN總線如右圖所示。4.MOST總線多媒體定向傳輸系統(tǒng)（MediaOrientedSystemsTransport，MOST），由德國OasisSiliconSystem公司開發(fā)，2002年應用到車輛上。MOST總線利用光纖進行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率可達25Mbit/s，采用環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)，可以傳輸同步數(shù)據(jù)、非同步數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)，如右圖所示。5.菊花鏈通信菊花鏈通信也叫環(huán)形通信，是指將多個設備按照環(huán)形連接起來，每個設備只與相鄰的設備進行通信。當一個設備需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須等到其相鄰的設備空閑，然后才能發(fā)送數(shù)據(jù)，如下圖所示。這種通信方式的優(yōu)點是實現(xiàn)簡單、成本低，但是受限于環(huán)形連接的物理結(jié)構(gòu)，傳輸速率較慢，傳輸距離較短，只適用于少數(shù)設備之間的通信。電動汽車動力電池熱管理系統(tǒng)基于單體電池溫度控制目標來對動力電池溫度進行熱管理，主要包括電池冷卻、電池加熱、電池保溫和控制溫度均衡。不同的動力電池熱管理系統(tǒng)采取的冷卻方式、加熱方式、保溫措施等不同。常見的動力電池冷卻方式有風冷、液冷和直冷；加熱方式有電加熱膜加熱、PTC加熱和液熱。動力電池熱管理系統(tǒng)通常是將多種冷卻方式和加熱方式進行組合?，F(xiàn)在人們正在研究利用相變材料（PhaseChangeMaterial，PCM）來進一步提高動力電池熱管理系統(tǒng)的性能。PCM是一種能夠利用自身的相變潛熱吸收或釋放熱能的材料。采用PCM的熱管理系統(tǒng)通過PCM在相變過程的潛熱，在電池升溫時來吸收電池的熱量，低溫時對電池起到保溫作用。PCM可以防止動力電池在大電流充放電狀態(tài)下溫度過快升高，減少動力電池的溫度突變，如左圖所示。任務五熱管理系統(tǒng)認知此外，動力電池熱管理系統(tǒng)通常不是獨立的，是電動汽車整車熱管理系統(tǒng)的一部分，為了更高效地對整車進行熱管理，需將動力電池熱管理、動力系統(tǒng)的冷卻、空調(diào)制冷系統(tǒng)、空調(diào)暖風系統(tǒng)等進行高效融合，協(xié)調(diào)工作，這使得電動汽車的整車熱管理系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)車型要復雜很多，如左圖所示。首先要了解動力電池自身的生熱特性。以目前電動汽車常用的鋰離子動力電池為例，在充放電過程中，電池內(nèi)部會發(fā)生復雜的化學反應，化學反應的過程大多伴隨著大量熱量的產(chǎn)生。此外，由于鋰離子動力電池具有一定的內(nèi)阻，電流通過時也會產(chǎn)生部分的熱量，并且這部分熱量與工作電流呈二次曲線關系，熱量隨工作電流的增大而急劇增大，尤其是高倍率充放電時溫升更加明顯。在環(huán)境溫度較高的情況下或大倍率充放電時，電池會產(chǎn)生大量熱量導致極高的溫度，此時需要對動力電池進行散熱降溫，否則高溫會引起電池內(nèi)部各種分解副反應，如SEI膜分解、負極與電解液反應、電解液分解等，從而使動力電池容量和功率等性能下降、壽命縮短，嚴重時甚至會熱失控，短時間內(nèi)發(fā)生爆炸、起火燃燒，危害人員安全。相反，如果在低溫環(huán)境下工作，動力電池由于溫度過低，內(nèi)部化學反應活性降低，而且隨溫度的降低，電池內(nèi)阻會明顯增大，電池可用容量會迅速衰減。低溫大電流充電會使電池容量發(fā)生不可逆衰退，甚至會使得負極附近的鋰離子俘獲電子生成金屬鋰，聚集的金屬鋰會形成鋰枝晶，刺破隔膜而使正、負極發(fā)生短路，導致動力電池損壞，甚至發(fā)生爆炸或過溫著火燃燒等嚴重安全事故。因此低溫時需要對動力電池進行加熱，以提高電池的工作溫度。此外，電動汽車動力電池通常由單體電池組成的電池模組組成，動力電池箱內(nèi)部工作溫度場分布不均勻會使得各電池模組、單體電池由于溫度不均勻而產(chǎn)生不均衡，長時間處于高溫的電池性能會快速衰退，從而降低了動力電池箱的整體性能和使用壽命。右圖所示為分散式的液冷板，通過水冷連接管完成各個水冷板連接。左圖所示為集成式的液冷板，不可拆卸。PTC加熱器是使用PTC熱敏電阻元件為發(fā)熱源的一種加熱器，如右圖所示。PTC熱敏電阻一般情況下是用半導體材料制成的，它的電阻隨溫度變化而急劇變化，當外界溫度下降，PTC電阻相應減小，發(fā)熱量反而會相應增加。按材質(zhì)分包括陶瓷PTC熱敏電阻和有機高分子PTC熱敏電阻。用于空調(diào)輔助電加熱器的是陶瓷PTC熱敏電阻。PTC熱敏電阻元件因具有隨環(huán)境溫度變化，其電阻也相應添加或減小的變化特性，PTC加熱器具有節(jié)能、恒溫、安全和使用周期長等特點。當環(huán)境溫度降低，