新能源汽車動力蓄電池及管理技術(shù) 課件 學(xué)習(xí)任務(wù)6 DC-DC系統(tǒng)故障檢修

新能源動力蓄電池及管理技術(shù)

動力蓄電池維護(hù)動力蓄電池更換動力蓄電池系統(tǒng)故障檢修交流充電系統(tǒng)故障檢修學(xué)習(xí)任務(wù)1學(xué)習(xí)任務(wù)2學(xué)習(xí)任務(wù)3學(xué)習(xí)任務(wù)4直流充電系統(tǒng)故障檢修D(zhuǎn)C/DC系統(tǒng)故障檢修學(xué)習(xí)任務(wù)5學(xué)習(xí)任務(wù)6

學(xué)習(xí)任務(wù)6

活塞連桿組故障診斷與修復(fù)直流充電系統(tǒng)故障檢修

學(xué)習(xí)目標(biāo)

完成本學(xué)習(xí)任務(wù)后，你應(yīng)該能：知識目標(biāo)1.掌握新能源汽車低壓充電系統(tǒng)功能原理；2.掌握新能源汽車DC/DC變換器結(jié)構(gòu)原理；3.了解DC/DC變換器系統(tǒng)常見相關(guān)故障。技能目標(biāo)1.能夠正確維護(hù)DC/DC變換器；2.能夠正確檢修新能源汽車DC/DC變換器；3.能夠正確更換新能源汽車DC/DC變換器。建議學(xué)時4學(xué)時一、任務(wù)接受車主發(fā)現(xiàn)自己的某品牌新能源汽車在起動時，組合儀表無任何顯示，儀表盤上的蓄電池警告燈點亮，車輛不能上電，于是把車送至4S店維修。維修人員初步判斷這是低壓系統(tǒng)的故障，一方面可能由于車主長期停放電動汽車，蓄電池電量耗盡，另一方面可能是DC/DC變換器發(fā)生故障，不能正常對蓄電池充電。對于該故障的分析，你是否認(rèn)同？二、任務(wù)分析本任務(wù)實施前，請完成下列活動。（1）同學(xué)們通過分析任務(wù)，思考并寫出完成客戶委托任務(wù)需要的關(guān)鍵信息。（2）通過小組合作，討論本組完成客戶委托任務(wù)的關(guān)鍵點和難點以及需要進(jìn)行哪些操作。（3）各個小組分別進(jìn)行展示分享，相互提出改進(jìn)意見。三、理論知識準(zhǔn)備（一）低壓充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作流程新能源汽車上有許多低壓用電設(shè)備，比如多媒體設(shè)備、儀表盤、電動車窗、車燈等，這些設(shè)備在12V或者24V的低電壓下才能正常工作。而電動汽車的動力蓄電池的電壓高達(dá)290~800V，因此，電動汽車需要低壓充電系統(tǒng)實現(xiàn)低壓的車載供電。三、理論知識準(zhǔn)備（一）低壓充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作流程

1.低壓充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動力蓄電池是純電動汽車的唯一能量來源，除了供給汽車驅(qū)動所需的電能外，也是供應(yīng)汽車上各種輔助裝置的工作電源。圖6-1所示為北汽新能源EV200低壓充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中動力蓄電池中的電流先通過高壓控制盒，輸出一路幾百伏直流電向驅(qū)動電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、PTC加熱器提供電能；另一路則是低壓充電系統(tǒng)，電流由高壓控制盒輸出到DC/DC變換器，轉(zhuǎn)換成為12V或24V的低壓電向低壓蓄電池充電。三、理論知識準(zhǔn)備（一）低壓充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作流程圖6-1北汽新能源EV200低壓充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三、理論知識準(zhǔn)備（一）低壓充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作流程

2．低壓充電系統(tǒng)的工作流程（1）整車ON擋上電或充電喚醒上電。（2）動力蓄電池完成高壓系統(tǒng)預(yù)充電流程。

（3）整車控制器（VCU）發(fā)給DC/DC變換器使能信號，該信號為12V電壓信號。DC/DC變換器收到使能信號才能開始工作。如果線路阻抗過大，DC/DC變換器收不到此信號，則無法為低壓蓄電池充電。（4）DC/DC變換器開始工作，輸出電壓至低壓蓄電池。圖6-2所示為北汽新能源EV200汽車電路圖。三、理論知識準(zhǔn)備（一）低壓充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作流程圖6-2北汽新能源EV200汽車電路圖三、理論知識準(zhǔn)備（二）DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)和原理1.DC/DC變換器的作用DC是英文DirectCurrent的縮寫，譯為直流電，因此，DC/DC的意思是將一種電壓的直流電變換為另外一種電壓的直流電，是實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換和電能傳輸?shù)闹匾b置。對于純電動汽車而言，DC/DC變換器相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的發(fā)電機(jī)，將動力蓄電池的高壓直流電轉(zhuǎn)換為整車低壓12V直流電，給整車低壓用電系統(tǒng)供電及低壓蓄電池充電。三、理論知識準(zhǔn)備（二）DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)和原理DC/DC變換器可以單獨放置在車前艙內(nèi)，如圖6-3所示；或者集成在集成控制器中，如比亞迪e5，DC/DC變換器在VTOG中；再如特斯拉ModelS（第一代），DC/DC變換器在FJB（FrontJunctionBox）中，如圖6-4所示。DC/DC變換器有輸入過電壓/欠電壓保護(hù)、輸出過電壓/欠電壓保護(hù)、輸出過載短路保護(hù)、過溫保護(hù)等功能，具有效率高、體積小、耐高溫、耐惡劣工作環(huán)境的優(yōu)點。

純電動汽車的控制模塊，比如整車控制器（VCU）、蓄電池管理系統(tǒng)（BMS）、電機(jī)控制器（MCU）、車身電氣等系統(tǒng)均采用12V低壓供電，因此，如果低壓電源缺電或低壓電壓過低會導(dǎo)致電動汽車不工作或不能點亮reday燈，組合儀表無任何顯示，無法起動車輛。三、理論知識準(zhǔn)備（二）DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)和原理圖6-3DC/DC變換器在車前艙中位置三、理論知識準(zhǔn)備（二）DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)和原理圖6-4特斯拉ModelS第一代架構(gòu)圖三、理論知識準(zhǔn)備（二）DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)和原理2.DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)（1）外部結(jié)構(gòu)。圖6-5所示為比亞迪e5的DC/DC變換器的外部結(jié)構(gòu)。DC/DC變換器集成在其內(nèi)部，各個端口的含義見表6-2。圖6-5充配電總成外部結(jié)構(gòu)三、理論知識準(zhǔn)備（二）DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)和原理三、理論知識準(zhǔn)備（二）DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)和原理三、理論知識準(zhǔn)備（二）DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)和原理①低壓輸出負(fù)極、低壓輸出正極。DC/DC變換器通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)將高壓直流電降為低壓直流電，低壓直流電通過低壓輸出正極端子和低壓輸出負(fù)極端子與低壓電路相連接，為車上的低壓部件供電。低壓輸出負(fù)極和低壓輸出正極分別與低壓蓄電池相連接。②低壓控制端。DC/DC變換器工作時通過低壓控制端（圖6-5中13號端口）與整車控制器（VCU）進(jìn)行通信，以保證DC/DC變換器與整車可以協(xié)調(diào)工作。三、理論知識準(zhǔn)備（二）DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)和原理③高壓輸入端。DC/DC變換器的能量來源是高壓蓄電池，以比亞迪e5為例，高壓蓄電池和充配電總成的高壓直流輸入/輸出端子（圖6-5中的14號端口）相連接，再通過高壓線纜送入DC/DC變換器的高壓輸入端中。④散熱管器。由于DC/DC變換器在工作時會產(chǎn)生大量熱量，需要對其進(jìn)行降溫。早期的電動汽車上采用的是風(fēng)冷散熱，利用散熱片進(jìn)行散熱，目前主要是采用水冷散熱。以比亞迪e5為例，在充配電總成內(nèi)安裝有冷卻管路（圖6-5中的2號和4號端口），通過冷卻液循環(huán)進(jìn)行散熱。三、理論知識準(zhǔn)備（二）DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)和原理

（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

DC/DC變換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要分為高壓輸入模塊、電路板和整流輸出模塊。高壓輸入模塊的主要功能是將從高壓控制盒傳出的高壓直流電輸入DC/DC變換器的內(nèi)部；電路板的主要功能是把高壓直流電逆變成高壓交流電，再把高壓交流電通過變壓器降壓至低壓交流電；整流輸出模塊的功能是將低壓交流電整流成低壓直流電。DC/DC變換器的內(nèi)部電流變化過程如圖6-6所示。三、理論知識準(zhǔn)備（二）DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)和原理圖6-6DC/DC內(nèi)部電流變化過程三、理論知識準(zhǔn)備（二）DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)和原理3.DC/DC變換器的工作原理DC/DC變換器分為單向的DC/DC變換器和雙向的DC/DC變換器。單向的DC/DC變換器的能量只能單向流動，而雙向的DC/DC變換器的作用是在保持變換器兩端的直流電壓極性不變的前提下，根據(jù)需要改變電流的方向，從而實現(xiàn)能量雙向流動的直流轉(zhuǎn)換。目前，新能源汽車主要使用單向的DC/DC變換器，將動力蓄電池中的幾百伏直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪盒铍姵氐?3.8V直流電。雙向的DC/DC變換器在豐田混合動力汽車中應(yīng)用較多。三、理論知識準(zhǔn)備（二）DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)和原理

以純電動汽車中常應(yīng)用的單向DC/DC變換器為例，分析其工作原理。圖6-7所示為DC/DC變換器電路原理圖。

該電路分為DC/AC逆變電路、變壓器、二極管整流電路、濾波電路四個部分。DC/AC逆變電路部分采用高頻電路交替控制，四個大功率開關(guān)管的導(dǎo)通和截止，將高壓直流電轉(zhuǎn)換為高壓高頻的交流電，其頻率和占控比由高頻電路的頻率和控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通時間決定，接下來流經(jīng)變壓器，該交流電通過高頻電壓器的降壓，將原來高頻高壓的交流電電壓降低，變?yōu)楦哳l低壓交流電，然后通過二極管整流電路和電容器的濾波，高頻低壓交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，完成電壓的轉(zhuǎn)換，供給整車和低壓蓄電池以及車上的各個低壓使用部件。三、理論知識準(zhǔn)備（二）DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)和原理圖6-7DC/DC轉(zhuǎn)換器電路原理圖三、理論知識準(zhǔn)備（三）DC/DC變換器日常維護(hù)對DC/DC變換器進(jìn)行維護(hù)是新能源汽車維護(hù)的重要內(nèi)容。其日常維護(hù)內(nèi)容見表6-3。三、理論知識準(zhǔn)備（四）DC/DC系統(tǒng)常見故障

由于各種原因，DC/DC變換器可能會出現(xiàn)故障，電動汽車DC/DC變換器常見故障主要包括以下幾種情況。（1）DC/DC變換器低壓信號故障。該類故障涉及低壓端供電、搭鐵以及使能信號，部分車型為監(jiān)測DC/DC工作狀態(tài)會輸出多組信號，若有，也需一并驗證。（2）DC/DC變換器高壓輸入故障。該類故障多見于DC/DC熔斷器損壞。（3）DC/DC變換器低壓輸出故障。該類故障常見于連接線路故障。

（4）DC/DC變換器本身故障。對于該類故障一般采用更換的方法。三、理論知識準(zhǔn)備（五）DC/DC系統(tǒng)故障檢修流程

（1）驗證故障現(xiàn)象。首先上車驗證故障現(xiàn)象，觀察儀表指示燈，可以通過故障警告燈來判斷故障點。（2）初步診斷。對車輛進(jìn)行基本檢查。打開機(jī)艙蓋，檢測12V蓄電池的電壓是否正常，插頭是否有松動，線路是否有破損，打開熔斷絲、繼電器盒檢測是否完整。（3）讀取故障信息。接入診斷儀讀取車輛運行數(shù)據(jù)，查看故障碼、數(shù)據(jù)流，并對其進(jìn)行分析，確定故障范圍。三、理論知識準(zhǔn)備（五）DC/DC系統(tǒng)故障檢修流程

（4）制訂檢修計劃。根據(jù)初步診斷結(jié)果和利用診斷儀讀取故障信息，確定故障原因。通過查找維修手冊、電路圖等資料，制訂故障檢修計劃。（5）故障檢測。根據(jù)制訂的故障檢修計劃，進(jìn)行故障檢測，確認(rèn)故障點。（6）排除故障。通過驗證故障現(xiàn)象，確認(rèn)故障的排除。（7）車輛檢測交付。故障檢修完畢需要完成車輛的檢查和交付，同時要做好工具設(shè)備的復(fù)位和5S工作。1.DC/DC故障檢修任務(wù)計劃根據(jù)前面理論知識的學(xué)習(xí)，獲取關(guān)鍵信息，對工作內(nèi)容進(jìn)行匯總分類，制訂動力DC/DC故障檢修的工作計劃。計劃包括所需要的物料清單、工作順序、工具檢查、每一步檢查的部位檢查點、檢查規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、檢查結(jié)果、檢查時間、成本核算、安全與環(huán)保、注意事項等，并完成DC/DC故障檢修任務(wù)的配件清單和DC/DC故障檢修操作的計劃表。

2.DC/DC故障檢修任務(wù)決策站在企業(yè)的角度，確認(rèn)工作任務(wù)計劃方案實施的可行性。決策內(nèi)容包括：設(shè)備清單，操作步驟的正確性、規(guī)范性和合理性，安全和環(huán)保注意事項，工作任務(wù)的時間控制和成本控制等工作計劃中的具體內(nèi)容，并完成DC/DC故障檢修的任務(wù)決策表。四、任務(wù)計劃決策

1.DC/DC系統(tǒng)故障檢修任務(wù)實施

下面以比亞迪e5為例，按照更換DC/DC變換器流程來實施操作。

五、任務(wù)實施

（1）任務(wù)準(zhǔn)備。①場地準(zhǔn)備。操作前首先設(shè)置好隔離欄和安全警示牌，檢查滅火器，同時確保操作環(huán)境通風(fēng)良好。②檢查防護(hù)套裝。操作人員必須持證上崗，穿好絕緣鞋和絕緣服，檢查絕緣手套的氣密性、耐壓等級、生產(chǎn)日期等，檢查護(hù)目鏡、安全帽有無破損等。③檢查工具套裝。對絕緣測試儀進(jìn)行開路測試和短路測試，對數(shù)字萬用表進(jìn)行校零，檢查絕緣工具是否齊全、完好等。④做好安全防護(hù)。安裝車輛擋塊，安裝好翼子板布、格柵布，安裝好座椅套、轉(zhuǎn)向盤套、換擋桿套、腳墊紙，檢查電子駐車和擋位，降下駕駛?cè)藗?cè)車窗玻璃。

1.DC/DC系統(tǒng)故障檢修任務(wù)實施五、任務(wù)實施

（2）確認(rèn)故障現(xiàn)象。用萬用表檢測DC/DC變換器輸出電壓是否符合要求，以判斷其工作性能。檢測方法如下。①將車鑰匙置于OFF擋，斷開所有用電器并拔出鑰匙。②按壓低壓蓄電池鎖壓件，打開蓋板并裸露出低壓蓄電池正極。③使用萬用表電壓擋位測量低壓蓄電池的電壓，并記錄此電壓值。④將車鑰匙置于ON擋位置。⑤使用萬用表電壓擋位測量低壓蓄電池的電壓，這時所測的這個電壓值是DC/DC變換器輸出的電壓。檢測的DC/DC變換器正常輸出電壓為13.5~14V（關(guān)閉車上的用電設(shè)備的情況下）。如果兩次測量電壓一致，且均低于13.5V，說明DC/DC變換器故障。

1.DC/DC系統(tǒng)故障檢修任務(wù)實施五、任務(wù)實施（3）初步診斷。確保低壓蓄電池正負(fù)極插頭連接牢靠，檢查高壓部件及插接器連接情況，檢查低壓部件及插接器連接情況，高壓熔斷器是否熔斷。（4）讀取故障信息。連接診斷儀，讀取故障代碼，將OBD測量線連接到VCI設(shè)備，連接車輛OBD診斷插座，VCI設(shè)備電源指示燈點亮。打開點火開關(guān)，選擇相應(yīng)車型并讀取故障代碼和數(shù)據(jù)流。（5）制定檢修計劃根據(jù)前面的檢查結(jié)果，查閱維修手冊，寫出可能的故障原因。

1.DC/DC系統(tǒng)故障檢修任務(wù)實施五、任務(wù)實施（6）故障檢修。根據(jù)前面初步診斷的結(jié)果，按照由易到難的邏輯進(jìn)行診斷檢修，具體步驟如下。①接上充電機(jī)給低壓蓄電池充電后可以完成高壓上電，說明高壓輸入沒有問題。②關(guān)閉點火開關(guān)，測量低壓蓄電池兩端電壓12V；將車鑰匙置于ON擋位置，檢測低壓蓄電池兩端電壓低于12.6V，說明DC/DC變換器不能正常給低壓蓄電池充電。③測量DC/DC變換器低壓輸出端口處電壓約為14V。④測量DC/DC變換器端到低壓蓄電池端之間的電壓降，大約為1.4V。

1.DC/DC系統(tǒng)故障檢修任務(wù)實施五、任務(wù)實施（7）故障排除根據(jù)上述檢測結(jié)果，可以判斷出DC/DC變換器與低壓蓄電池之間的線束出現(xiàn)虛接，進(jìn)行進(jìn)一步檢查，確認(rèn)是線束接口松動，還是線束本身問題，并進(jìn)行檢修或者更換。（8）車輛檢測交付。完成DC/DC變換器與低壓蓄電池之間的線束更換后，需要進(jìn)行竣工檢查。①將車鑰匙置于LOCK擋位，用萬用表測量低壓蓄電池電壓，電壓應(yīng)為12V左右。②將車鑰匙置于ON擋位，用萬用表測量低壓蓄電池電壓，電壓應(yīng)為14V左右。③安全前面章節(jié)的要求，完成作業(yè)場地的恢復(fù)。

2.DC/DC故障檢修任務(wù)工單五、任務(wù)實施（1）完成DC/DC系統(tǒng)故障檢修任務(wù)實施方案工單。（2）完成DC/DC系統(tǒng)故障檢修任務(wù)工單。

（1）核實檢查《任務(wù)委托書》以確保顧客委托的所有維修維護(hù)項目的書面記錄都已完成，并有質(zhì)檢員簽字。（2）實車核對《任務(wù)委托書》以確保顧客委托的所有維修維護(hù)項目在車輛上都已完成。（3）確認(rèn)故障已消除，必要時試車。（4）確認(rèn)從車輛上更換下來的舊件。（5）確認(rèn)車輛內(nèi)外清潔度（包括無灰塵、油污、油脂）。（6）其他檢查：除車輛外觀外，不遺留抹布、工具、螺母、螺栓等。

六、任務(wù)檢查交付七、總結(jié)評價

1.DC/DC系統(tǒng)故障檢修任務(wù)總結(jié)（1）低壓充電系統(tǒng)的工作流程。①整車ON擋上電或充電喚醒上電。②動力蓄電池完成高壓系統(tǒng)預(yù)充電流程。③整車控制器（VCU）發(fā)給DC/DC變換器使能信號。④DC/DC變換器開始工作，輸出電壓至低壓蓄電池。（2）DC/DC變換器外部線束結(jié)構(gòu)。①低壓輸出負(fù)極。②低壓輸出正極。③低壓控制端。④高壓輸入端。七、總結(jié)評價（3）DC/DC變換器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。①高壓輸入模塊。②電路板。③整流輸出模塊。（4）DC/DC變換器內(nèi)部工作流程。（5）DC/DC變換器工作狀態(tài)的判斷方法。①保證整車線束正常連接的情況下，上電前使用萬用表測量低壓蓄電池端電壓，并記錄。②整車ON擋上電，繼續(xù)讀取萬用表數(shù)值，查看變化情況，如果數(shù)值在13.8~14V之間，判斷為DC工作。③整車ON擋上電或充電喚醒上電，動力蓄電池完成高壓系統(tǒng)預(yù)充流程，VCU通過低壓控制線發(fā)給DC/DC變換器使能信號，DC/DC變換器開始工作。七、總結(jié)評價（6）能力點總結(jié)。①高壓安全防護(hù)工具的使用。②高壓斷電的操作。③高壓驗電。④DC/DC變換器故障診斷。⑤DC/DC變換器故障檢修。⑥D(zhuǎn)C/DC變換器更換。⑦車輛交付。七、總結(jié)評價2.DC/DC系統(tǒng)故障檢修任務(wù)綜合職業(yè)能力評價新任務(wù)遷移：其他車型的DC/DC變換器系統(tǒng)認(rèn)知。通過查閱資料，請說出特斯拉Model3的直流電變換器的位置以及它與其他車型的DC/DC變換器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的區(qū)別。Model3的高壓蓄電池組的構(gòu)造如圖6-8所示。八、拓展鞏固圖6-8Model3高壓電池組構(gòu)造1-閣樓蓋；2-閣樓盤蓋；3-閣樓；4-高壓電池外殼；5-模組在Model3中，沒有獨立的DC/DC變換器系統(tǒng)。PCS可以將高壓直流電轉(zhuǎn)為低壓直流電，為輔助蓄電池充電；也可以將低壓直流電轉(zhuǎn)為高壓直流電，是進(jìn)行預(yù)充電必不可少的部件。圖6-9和圖6-10所示為閣樓內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及其功率轉(zhuǎn)換模塊（PCS）的位置。八、拓展鞏固圖6-9Model3閣樓內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖6-12Model3公里轉(zhuǎn)化模塊（PCS）所在位置一、填空題1.DC/DC變換器是將來自動力蓄電池的高壓直流電轉(zhuǎn)為低壓直流電，給低壓蓄電池充電。2.新能源汽車上的DC/DC變換器與傳統(tǒng)燃油汽車上發(fā)電機(jī)的功能基本相同。練習(xí)題二、選擇題1.DC/DC的功能有（B）。A.給高壓蓄電池充電B.給低壓蓄電池充電C.給電機(jī)充電D.給電容充電2.以下對新能源車降壓DC/DC的功能描述正確的是（A）。A.純電模式下，DC的功能替代了傳統(tǒng)燃油車掛接在發(fā)動機(jī)上的12V發(fā)電機(jī)，和蓄電池并聯(lián)給各用電器提供低壓電源B.將動力蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為交流電給驅(qū)動電機(jī)供電C.監(jiān)測力蓄電池狀態(tài)D.將電動機(jī)回饋的交流電轉(zhuǎn)換為直流電練習(xí)題二、選擇題3.DC/DC變換器工作時通過低壓控制端與（C）進(jìn)行通信，以保證DC/DC變換器與整車可以協(xié)調(diào)工作。A.MCUB.BMSC.VCUD.OBC4.DC/DC內(nèi)部