新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)構(gòu)造與檢修 教案-項(xiàng)目五任務(wù)5-2 單體蓄電池常見(jiàn)故障檢修

課題單體蓄電池常見(jiàn)故障檢修課時(shí)4課時(shí)（180min）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)技能目標(biāo)：1.學(xué)生能夠敘述單體蓄電池常見(jiàn)故障的原因。2.學(xué)生能夠?qū)误w蓄電池電壓異常故障進(jìn)行處理。3.學(xué)生能夠使用專(zhuān)用工具進(jìn)行單體蓄電池電壓過(guò)高故障診斷與排除。素質(zhì)目標(biāo)：1.提升學(xué)生對(duì)新能源汽車(chē)維護(hù)檢測(cè)的專(zhuān)業(yè)能力。2.培養(yǎng)學(xué)生面對(duì)新能源汽車(chē)電池故障時(shí)的分析和解決能力。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：?jiǎn)误w蓄電池故障原因的分析及故障處理方法。教學(xué)難點(diǎn)：正確使用專(zhuān)用工具進(jìn)行故障診斷與排除。教學(xué)方法情景模擬法、問(wèn)答法、討論法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學(xué)過(guò)程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟課前任務(wù)【教師】布置課前任務(wù)，組織學(xué)生下載“任務(wù)工單——單體蓄電池常見(jiàn)故障檢修”，并根據(jù)任務(wù)工單進(jìn)行組內(nèi)分工，同時(shí)提醒同學(xué)通過(guò)超星APP或其他學(xué)習(xí)軟件，收集單體電池故障的相關(guān)資料，并進(jìn)行了解。【學(xué)生】提前上網(wǎng)觀看相關(guān)資料，熟悉教材考勤【教師】使用超星APP進(jìn)行簽到【學(xué)生】按照老師要求簽到互動(dòng)導(dǎo)入【教師】講述“吉利帝豪EV450電動(dòng)汽車(chē)出現(xiàn)單體電池電壓過(guò)低”的案例，并提出問(wèn)題一輛吉利帝豪EV450電動(dòng)汽車(chē)出現(xiàn)動(dòng)力蓄電池單體電壓過(guò)低、動(dòng)力蓄電池性能下降的故障。如果你作為一名新能源汽車(chē)維護(hù)檢測(cè)人員，你現(xiàn)在應(yīng)該對(duì)單體蓄電池做哪些檢測(cè)？【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、討論、回答傳授新知【教師】通過(guò)大家的發(fā)言，引入新的知識(shí)點(diǎn)，講解新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池單體常見(jiàn)故障現(xiàn)象、單體蓄電池故障原因分析、蓄電池組單體電壓異常故障分析處理。新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池單體蓄電池故障原因分析【教師】引入主題，解釋單體蓄電池故障可以分為安全性故障和非安全性故障兩大類(lèi)。單體蓄電池的故障模式可分為安全性故障和非安全性故障。單體蓄電池安全性故障分析【教師】詳細(xì)分析內(nèi)部短路、漏液、負(fù)極析鋰和脹氣鼓脹等安全性故障的原因及其危險(xiǎn)性。（1）單體蓄電池內(nèi)部正負(fù)極短路電池內(nèi)部短路是由單體蓄電池內(nèi)部引起的，引起電池內(nèi)部短路的原因有很多，可能是由于單體蓄電池生產(chǎn)過(guò)程中的缺陷導(dǎo)致或是因?yàn)殚L(zhǎng)期振動(dòng)外力導(dǎo)致單體蓄電池變形。一旦發(fā)生嚴(yán)重內(nèi)部短路。無(wú)法控制外部熔絲不起作用，肯定會(huì)發(fā)生冒煙或燃燒。如果遭遇到該情況，我們能做的就是第一時(shí)間通知車(chē)上人員逃生。對(duì)于電池內(nèi)部短路問(wèn)題，目前為止電池廠家沒(méi)有辦法在出廠時(shí)100%將有可能發(fā)生內(nèi)部短路的單體蓄電池篩選出來(lái)，只能在后期充分做好檢測(cè)將發(fā)生內(nèi)部短路的概率降低。（2）單體蓄電池漏液?jiǎn)误w蓄電池漏液是非常危險(xiǎn)的，也是非常常見(jiàn)的失效模式。電動(dòng)汽車(chē)著火的事故很多都是因?yàn)殡姵芈┮涸斐傻?。電池漏液的原因有：外力損傷；碰撞、安裝不規(guī)范造成密封結(jié)構(gòu)被破壞；焊接缺陷、封合膠量不足等制造原因造成密封性能不好等。電池漏液后整個(gè)電池包絕緣失效，單點(diǎn)絕緣失效問(wèn)題不大，如果有兩點(diǎn)或以上絕緣失效會(huì)發(fā)生外部短路。從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，與軟包和塑殼單體蓄電池相比，金屬殼電芯更容易發(fā)生漏液情況導(dǎo)致絕緣失效。（3）電池負(fù)極析鋰電池使用不當(dāng)，過(guò)充電、低溫充電、大電流充電都會(huì)導(dǎo)致電池負(fù)極析鋰。國(guó)內(nèi)大部分廠家生產(chǎn)的磷酸鐵鋰或三元鋰電池在0℃以下充電都會(huì)發(fā)生析鋰，0℃以上根據(jù)單體蓄電池特性只能小電流充電。發(fā)生負(fù)極析鋰后，鋰不可還原，導(dǎo)致電池容量不可逆衰減。當(dāng)析鋰達(dá)到嚴(yán)重程度時(shí)，形成鋰枝晶，刺穿隔膜發(fā)生內(nèi)部短路，所以動(dòng)力蓄電池在使用時(shí)應(yīng)該嚴(yán)禁低溫下充電。（4）單體蓄電池脹氣鼓脹產(chǎn)生脹氣的原因很多，主要是因?yàn)殡姵貎?nèi)部發(fā)生副反應(yīng)產(chǎn)生氣體，最為典型的是與水發(fā)生的副反應(yīng)。脹氣問(wèn)題可以通過(guò)在單體蓄電池生產(chǎn)過(guò)程嚴(yán)格控制水分避免。一旦發(fā)生電池脹氣就會(huì)發(fā)生漏液等情況。以上幾種失效模式是非常嚴(yán)重的問(wèn)題，可能會(huì)造成人員傷亡。電池使用1~2年沒(méi)有問(wèn)題，并不代表這個(gè)電池以后沒(méi)有問(wèn)題，使用越久的電池失效的風(fēng)險(xiǎn)越大?！緦W(xué)生】記錄這些故障模式，思考它們對(duì)電池性能和安全的影響。2.電池的非安全性故障分析【教師】講解容量一致性差、自放電過(guò)大、低溫放電容量減少和電池容量衰減等非安全性故障。（1）容量一致性差動(dòng)力蓄電池的不一致性通常是指一組電池內(nèi)單體蓄電池的剩余容量差異過(guò)大、電壓差異過(guò)大，引起電池續(xù)航能力變差。引起電池一致性變差的原因是多方面的，包括電池的生產(chǎn)制造工藝、電池的存放時(shí)間、電池組充放電期間的溫度差異、充放電電流大小等。目前的解決方法主要是通過(guò)提高電池的生產(chǎn)制造工藝控制水平，從生產(chǎn)盡可能保證電池的一致性，使用同一批次電池進(jìn)行配組。這種方法有一定效果，但無(wú)法根治、電池組使用一段時(shí)間后一致性差的問(wèn)題還會(huì)出現(xiàn)，電池組發(fā)生不一致性問(wèn)題后，如果不能及時(shí)處理，問(wèn)題會(huì)更加嚴(yán)重，甚至?xí)l(fā)生危險(xiǎn)。（2）自放電過(guò)大電池制造時(shí)混入的雜質(zhì)造成的微短路引起的不可逆反應(yīng)是造成個(gè)別電池自放電偏大的最主要原因。大多電池生產(chǎn)廠家對(duì)電池的微小自放電都可忽略。由于電池在長(zhǎng)時(shí)間的充放電及擱置過(guò)程中，隨環(huán)境條件發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起電池自放電大。這使電池電量降低，性能低下，不能滿(mǎn)足使用需求。（3）低溫放電容量減少隨著溫度的降低，電解液低溫性能不好，參與反應(yīng)不夠，電解液電導(dǎo)率降低而導(dǎo)致電池電阻增大，電壓平臺(tái)降低，容量也降低。目前各廠家電池在-20℃下的放電容量基本是額定容量的70%～75%。低溫下電池放電容量減少，且放電性能差，影響電動(dòng)汽車(chē)的使用性能和續(xù)駛里程。（4）電池容量衰減電池容量衰減主要來(lái)自于活性鋰離子的損失以及電極活性材料的損失。正極活性材料層狀結(jié)構(gòu)規(guī)整度下降，負(fù)極活性材料上沉積鈍化膜，石墨化程度降低，隔膜孔隙率下降，導(dǎo)致電池電荷傳遞阻抗增大。脫嵌鋰能力下降，從而導(dǎo)致容量的損失。電池容量衰減是電池不可避免的問(wèn)題，但是目前電池廠家首要應(yīng)該解決前面安全性失效問(wèn)題和電池一致性問(wèn)題，在這個(gè)基礎(chǔ)上再考慮延長(zhǎng)電池的循環(huán)壽命。【學(xué)生】通過(guò)實(shí)例學(xué)習(xí)這些故障現(xiàn)象，理解它們對(duì)電池性能的具體影響。二、蓄電池組單體電壓異常故障分析處理1.個(gè)別單體蓄電池電壓異常故障處理流程【教師】逐步講解處理流程，從確認(rèn)異常單體蓄電池編號(hào)到檢查CSC模塊的采樣功能。步驟1：根據(jù)采集到的蓄電池?cái)?shù)據(jù)流，確認(rèn)異常單體蓄電池的編號(hào)，參考維修資料找到該單體蓄電池編號(hào)所對(duì)應(yīng)的蓄電池組。步驟2：檢查蓄電池組的采樣線束是否有破損、接插件是否松動(dòng)。若破損應(yīng)更換線束；若采樣線束正常，需進(jìn)行下一步驟排查。步驟3：檢查單體蓄電池監(jiān)測(cè)電路（CSC）模塊的采樣功能是否正常，可更換新的CSC（需配好對(duì)應(yīng)地址）或者相鄰兩塊CSC對(duì)換。再通討診斷儀或上位機(jī)軟件查看所有單體蓄電池的數(shù)據(jù)流；若單體蓄電池采樣正常，則說(shuō)明是CSC問(wèn)題，更換即可；若單體蓄電池仍舊采樣異常，則說(shuō)明CSC功能正常，需進(jìn)行下一步驟確認(rèn)工作。步驟4：檢查蓄電池組內(nèi)對(duì)應(yīng)單體蓄電池的單體電壓：可拔掉CSC端采樣接插件，根據(jù)線標(biāo)測(cè)量對(duì)應(yīng)單體蓄電池的實(shí)際電壓：若實(shí)際量取電壓與采樣值一致，則說(shuō)明是蓄電池模塊內(nèi)單體蓄電池問(wèn)題導(dǎo)致的異常，排查結(jié)束。注意：萬(wàn)用表測(cè)量單體蓄電池實(shí)際電壓時(shí)，注意佩戴絕緣防護(hù)手套，避免表筆短路。【學(xué)生】跟隨教師的講解，記錄每一步的檢查要點(diǎn)和操作技巧。2.個(gè)別單體蓄電池電壓異常故障處理【教師】指導(dǎo)學(xué)生如何在確保安全的前提下，對(duì)單體蓄電池進(jìn)行補(bǔ)電或放電均衡處理。在確保蓄電池組絕緣值正常，且單體蓄電池沒(méi)有嚴(yán)重欠電壓、過(guò)電壓的前提條件下，可對(duì)相應(yīng)單體蓄電池做補(bǔ)電或放電均衡處理，保證所有單體蓄電池電壓平臺(tái)基本一致，否則需要更換相對(duì)應(yīng)電壓平臺(tái)的蓄電池組。針對(duì)行車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)的個(gè)別單體蓄電池電壓導(dǎo)常，根據(jù)上述步驟處理完后隨車(chē)采集2~3的蓄電池?cái)?shù)據(jù)流，判斷問(wèn)題是否有效解決。【學(xué)生】學(xué)習(xí)如何判斷何時(shí)需要更換蓄電池，并了解均衡處理的重要性。3.整組單體蓄電池電壓異常故障處理流程【教師】說(shuō)明在處理整組電壓異常時(shí)，如何確保CAN網(wǎng)絡(luò)連接正常，并使用診斷工具進(jìn)行故障診斷。步驟1：確保全車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò)線束連接完好，包括BMC與CSC之間的蓄電池子網(wǎng)連接正常。步驟2：使用診斷儀或上位機(jī)軟件確認(rèn)整組單體蓄電池電壓異常的模塊號(hào)以及對(duì)照維修資料找到相對(duì)應(yīng)的CSC。步驟3：若是整組單體蓄電池電壓偏高或偏低導(dǎo)致的故障，則可通過(guò)對(duì)蓄電池組正常充、放電解決：若是單個(gè)蓄電池箱內(nèi)所有單體蓄電池電壓偏高或偏低，則可通過(guò)對(duì)該箱體單獨(dú)充、放電即可解決。注意：蓄電池模塊過(guò)充電或過(guò)放電且超過(guò)安全可控范圍造成蓄電池模塊單體異常的，處理后不能再次使用?！緦W(xué)生】掌握使用專(zhuān)業(yè)工具進(jìn)行系統(tǒng)性故障分析的方法。4.一般情況下的單體蓄電池電壓異常故障處理【教師】強(qiáng)調(diào)在處理電壓異常時(shí)，要注意檢查接插件和線束的狀態(tài)，以及可能的電磁干擾問(wèn)題。某個(gè)或某幾個(gè)單體蓄電池電壓異常，一般情況下可能是CSC端的接插件引起的，或是蓄電池組有過(guò)充電、過(guò)放電現(xiàn)象。只需要按照上述步驟處理即可。單體蓄電池電壓異常處理完后隨車(chē)采集2~3天的蓄電池?cái)?shù)據(jù)流，判斷問(wèn)題是否解決?！緦W(xué)生】學(xué)習(xí)如何通過(guò)細(xì)致的檢查來(lái)定位問(wèn)題源頭。5.蓄電池組單體電壓異常故障的其他原因【教師】總結(jié)可能的其他原因，包括插件和線束問(wèn)題、CSC模塊損壞、單體蓄電池自身差異等。蓄電池模塊單體電壓異常故障（過(guò)電壓、欠電壓、壓差過(guò)大）根據(jù)上述步驟分析處理。一般情況下可明確造成故障的原因，主要有：插件和線束松動(dòng)或磨損、CSC模塊損壞、單體蓄電池自身差異等原因。上述原因都正常的情況下，可能會(huì)由于電磁干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)收集、上傳異常，可按照CAN總線干擾處理方案進(jìn)行選擇性嘗試處理【學(xué)生】了解在故障診斷中考慮多種可能性，以及如何通過(guò)排除法找到問(wèn)題所在。三、單體蓄電池電壓過(guò)高故障診斷與排除動(dòng)力電池包充滿(mǎn)電后，左側(cè)的模組出現(xiàn)單體蓄電池電壓偏高的情況。例如，磷酸鐵鋰蓄電池滿(mǎn)電靜置后電壓在3.35V左右，三元鋰蓄電池滿(mǎn)電靜置后單體電池電壓在3.90V左右，若出現(xiàn)壓差在30mV以上就可以判斷單體蓄電池電壓高故障。單體電池電壓過(guò)高原因包括：①單體蓄電池監(jiān)測(cè)電路（CSC）模塊采集信號(hào)誤差；②CSC均衡功能差或失效；③電池容量低（俗稱(chēng)電池衰減）充電時(shí)模組或單體電壓值上升快，特別是車(chē)輛在滑行、減速過(guò)程中更加明顯。單體蓄電池電壓過(guò)高處理方法【教師】介紹單體蓄電池電壓過(guò)高的可能原因和處理方法，包括校準(zhǔn)CSC、檢查電壓采集線和更換CSC模塊。1）單體蓄電池電壓顯示值比較其他的單體蓄電池電壓值偏高，測(cè)量單體蓄電池電壓值進(jìn)行對(duì)比。若實(shí)際值較顯示值低，并且與其他的單體蓄電池電壓相同，則以實(shí)際的測(cè)試值為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)CSC單體蓄電池電壓進(jìn)行校準(zhǔn)；若測(cè)量值與顯示值相同，則人為對(duì)電壓值偏高的單體蓄電池或電池模組進(jìn)行放電均衡。2）檢查CSC的電壓采集樣線是否斷裂、虛接。3）更換CSC模塊。【學(xué)生】學(xué)習(xí)如何準(zhǔn)確測(cè)量和對(duì)比電壓值，以及如何進(jìn)行放電均衡。2.單體蓄電池電壓低故障診斷與排除【教師】講解電壓低的處理方法，包括校準(zhǔn)、檢查線束、更換CSC模塊和更換故障蓄電池。滿(mǎn)電靜置后，單體蓄電池低于正常值。單體蓄電池電壓低處理方法如下：1）單體蓄電池電壓顯示值較其他的單體蓄電池電壓值偏低，測(cè)量單體蓄電池電壓值進(jìn)行對(duì)比。若實(shí)際值較顯示值高，并且與其他的單體蓄電池電壓相同，則以實(shí)際的測(cè)試值為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)CSC單體蓄電池電壓進(jìn)行校準(zhǔn)；若測(cè)量值與顯示值相同，則人為對(duì)電壓值偏低的單體蓄電池或電池模組進(jìn)行充電均衡。2）檢查CSC的電壓采集線束是否斷裂、虛接。3）更換CSC模塊。4）對(duì)故障的單體蓄電池或電池模組進(jìn)行更換。步驟如下：①作業(yè)前準(zhǔn)備（場(chǎng)地布置、防護(hù)裝備檢查穿戴、儀器設(shè)備檢查、汽車(chē)防護(hù)三件套安裝）。②記錄車(chē)輛信息。③確認(rèn)故障現(xiàn)象，讀取故障碼和數(shù)據(jù)流，分析故障范圍。④制定故障檢測(cè)步驟。⑤實(shí)施故障檢測(cè)與排除。【學(xué)生】了解在電壓異常情況下，如何進(jìn)行系統(tǒng)的檢查和必要的更換。【教師】隨機(jī)邀請(qǐng)學(xué)生完成以下任務(wù)請(qǐng)用自己的話，簡(jiǎn)述蓄電池單體電壓異常故障的處理流程。【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、理解、記憶實(shí)踐應(yīng)用【教師】掃碼播放“單體蓄電池常見(jiàn)故障”視頻，然后帶領(lǐng)學(xué)生到車(chē)間進(jìn)行實(shí)踐操作1．準(zhǔn)備工作（1）實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所：理實(shí)一體化實(shí)訓(xùn)室。（2）工具及設(shè)備：拆裝專(zhuān)用工具、防護(hù)用具等。（3）臺(tái)架/車(chē)輛：帝豪EV450。（4）輔助資料：車(chē)輛維修手冊(cè)、教材等。2．操作步驟【教師】通過(guò)實(shí)操或播放視頻，并進(jìn)行講解1）動(dòng)力蓄電池管理系統(tǒng)臺(tái)架檢查觀察電池故障燈是否點(diǎn)亮。嘗試執(zhí)行放電操作，檢查系統(tǒng)是否顯示故障并禁止放電。分析故障原因。2）數(shù)據(jù)讀取與分析進(jìn)行考試和數(shù)據(jù)流讀取。記錄當(dāng)前總電壓和單體蓄電池電壓及溫度。讀取故障碼。檢查電池SOC。3）電壓測(cè)量使用萬(wàn)用表測(cè)量BAT1-12的正負(fù)極電壓，記錄電壓值。識(shí)別電壓異常的電池，并記錄其電壓。4）故障排除練習(xí)在實(shí)訓(xùn)臺(tái)主界面進(jìn)行考試和答題，選擇過(guò)放（過(guò)度放電）相關(guān)問(wèn)題。選擇相應(yīng)的過(guò)放電池進(jìn)行操作。完成答題并排除故障。5）檢查驗(yàn)收與6S管理關(guān)閉車(chē)輛點(diǎn)火開(kāi)關(guān)。