新能源汽車故障診斷技術(shù) 教案 教案9-新能源汽車熱管理系統(tǒng)故障診斷檢修

PAGE17 新能源汽車故障診斷技術(shù)教案 學(xué)期：：班級：：授課教師：：教案用紙第頁教學(xué)題目新能源汽車熱管理系統(tǒng)故障診斷檢修教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：（1）能夠說出新能源汽車動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（2）能描述熱管理系統(tǒng)的回路控制循環(huán)技能目標(biāo)：（1）能分析新能源汽車過溫故障的故障原因（2）能根據(jù)維修資料，運(yùn)用專用工具和檢測設(shè)備，按照診斷流程完成熱管理控制系統(tǒng)的常見故障素質(zhì)目標(biāo)：（1）通過小組合作鍛煉學(xué)生團(tuán)隊合作能力。（2）能夠按照企業(yè)5S要求和安全生產(chǎn)規(guī)范進(jìn)行操作。（3）通過完成工作任務(wù)培育嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度教學(xué)任務(wù)新能源汽車熱管理系統(tǒng)故障診斷檢修教學(xué)重點（1）能夠說出新能源汽車動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。（2）能描述故障處理的控制策略【重點】。（3）能根據(jù)檢修方案，依據(jù)廠家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，正確使用專用工具診斷與排除電機(jī)控制系統(tǒng)故障，提高故障診斷邏輯思維能力【重點】。教學(xué)難點（1）能描述熱管理系統(tǒng)的回路控制循環(huán)（2）能分析新能源汽車過溫故障的故障原因（3）能根據(jù)維修資料，運(yùn)用專用工具和檢測設(shè)備，按照診斷流程完成熱管理控制系統(tǒng)的常見故障教學(xué)手段理實一體、分組教學(xué)。教學(xué)學(xué)時建議4-6學(xué)時教學(xué)內(nèi)容注釋任務(wù)描述張女士的一輛2018款北汽新能源汽車EU5行駛134572km，2月份張女士在駕車回山西老家的高速路上，車輛儀表突然出現(xiàn)紅色的電機(jī)過熱的信息提示，幾分鐘后，車輛失去動力無法行駛，再次啟動，車輛無法上電，隨即報警救援，在等待救援的時間里，張女士再次啟動車輛，發(fā)現(xiàn)車輛故障消失，可以正常上電“READY”，但張女士不敢繼續(xù)駕駛，將車拖到4S店。初步診斷為驅(qū)動電機(jī)過溫故障，請給予解決。一、知識準(zhǔn)備一、動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)電動汽車的動力系統(tǒng)主要指動力蓄電池、驅(qū)動電機(jī)與驅(qū)動電機(jī)控制器。常見的電動汽車動力系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)機(jī)電一體化控制，以電能作為動力源，通過動力蓄電池存儲電力，驅(qū)動電機(jī)控制器對電流強(qiáng)度和換向頻率等進(jìn)行控制，實現(xiàn)對驅(qū)動電機(jī)的控制，最終轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出給車輪。電氣元件的工作溫度有著極高的要求，溫度過低或過高都會影響其工作的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性以及安全性等。所以，對動力系統(tǒng)高壓控制元件的溫度進(jìn)行有效的檢測與控制是新能源汽車動力系統(tǒng)中非常重要的一部分，動力系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)又叫作熱管理系統(tǒng)。如圖4-26所示，新能源汽車動力蓄電池提供直流電源至母線，驅(qū)動電機(jī)將高壓直流電逆變?yōu)楦邏航涣麟?，并對交流電的電流與換向頻率進(jìn)行控制，實現(xiàn)對驅(qū)動電機(jī)的控制。其中，其他高壓用電器不屬于驅(qū)動動力系統(tǒng)，在此不進(jìn)行具體介紹。動力系統(tǒng)過溫故障可分為三大類，第一類是由于大功率用電器的負(fù)荷過大，或長時間過載，再或其自身出現(xiàn)故障導(dǎo)致溫度上升，這一溫度變化被傳感器正確檢測而報出的故障；第二類屬于傳感器檢測故障，此類故障是由于傳感器本身，或傳感器接線等故障，導(dǎo)致溫度信號不準(zhǔn)確出現(xiàn)的故障現(xiàn)象；第三類故障則是由于動力系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題，如冷卻液缺失、水泵故障、風(fēng)扇故障等，造成原本正常的動力系統(tǒng)由于散熱不良導(dǎo)致的過溫故障。第一類與第三類故障均屬于執(zhí)行器類故障，是實際存在的，直接影響動力系統(tǒng)工作的故障，而第二類故障屬于系統(tǒng)的“假”故障，實際驅(qū)動系統(tǒng)沒有故障，但是傳感器的數(shù)據(jù)顯示有故障，此類故障除了系統(tǒng)提示故障信息等現(xiàn)象外，還會影響與溫度控制相關(guān)聯(lián)其他系統(tǒng)二、新能源汽車熱管理功能架構(gòu)的特點新能源汽車熱管理系統(tǒng)的作用在于實現(xiàn)各回路熱量與冷量需求的內(nèi)部匹配，能耗最優(yōu)，降低電池能耗，實現(xiàn)制冷與制熱功能；純電動車型的熱管理回路主要包括汽車空調(diào)回路（駕駛室熱管理回路）、電池?zé)峁芾砘芈泛碗姍C(jī)熱管理回路。圖4-27所示為新能源汽車各熱管理回路能量傳輸路徑，其中，空調(diào)制熱回路可以通過PTC或熱泵產(chǎn)生熱量、空調(diào)制冷回路可以產(chǎn)生冷量；電池?zé)峁芾砘芈房僧a(chǎn)生熱量，但在不同情況下既需要被制冷，又需要被加熱；電機(jī)熱管理回路可產(chǎn)生熱量，主要需要被制冷。如果按照熱量與冷量的供給和需求角度劃分各個回路，熱量供給方：空調(diào)制熱回路、電池?zé)峁芾砘芈?、電機(jī)（或電驅(qū)動）熱管理回路；冷量供給方：空調(diào)制冷回路；熱量需求方：駕駛室、電池?zé)峁芾砘芈?；冷量需求方：駕駛室、電池?zé)峁芾砘芈贰㈦姍C(jī)熱管理回路。熱管理系統(tǒng)不斷升級以提升新能源汽車整車?yán)m(xù)駛里程和車主駕駛體驗。高效的熱管理技術(shù)能夠降低整車能耗，在不增加動力蓄電池容量的情況下提升續(xù)駛里程。同時，汽車空調(diào)系統(tǒng)能夠通過調(diào)節(jié)PTC功率或者熱泵功率保持汽車駕駛室恒溫，使乘客體感溫度合適。三、典型車型熱管理系統(tǒng)回路控制分析北汽EU5熱管理系統(tǒng)回路控制分析EU5熱管理系統(tǒng)由駕駛室回路的熱管理、電驅(qū)系統(tǒng)熱管理和電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)組成。（1）駕駛室回路的熱管理2）EU5熱管理加熱系統(tǒng)由水泵進(jìn)水管、加熱器進(jìn)水管、加熱器出水管、暖風(fēng)進(jìn)水管、暖風(fēng)出水管、板式熱交換器出水管、板式熱交換器進(jìn)水管、暖風(fēng)水壺、三通電磁閥、板式熱交換器、水加熱器、水泵總成組成，如圖4-30所示。水加熱器、板式熱交換器、水壺、水泵通過管路連接成封閉的循環(huán)系統(tǒng)。水泵驅(qū)動介質(zhì)通過水加熱器進(jìn)行循環(huán)加熱，在板式熱交換器內(nèi)與電池側(cè)介質(zhì)進(jìn)行熱交換，再通過電池水泵進(jìn)行循環(huán)升高電池包溫度。駕駛室側(cè)與電池側(cè)可以同時工作，也可以單獨工作駕駛室加熱循環(huán)控制：當(dāng)駕駛室需要制熱暖風(fēng)時，如圖4-31所示，制熱靠PTC來實現(xiàn)，制熱循環(huán)為加熱控制器控制加熱循環(huán)水泵工作→液體經(jīng)PTC加熱后流進(jìn)三通閥，熱管理控制器控制三通電磁閥1、2號管路接通→液體流入空調(diào)箱的加熱芯體，實現(xiàn)采暖。當(dāng)不需電池加熱時，三通閥3號不接通，防止流入電池?zé)峤粨Q器。電驅(qū)系統(tǒng)熱管理如圖4-32所示，北汽EU5電驅(qū)系統(tǒng)熱管理系統(tǒng)是獨立系統(tǒng)，不與其他系統(tǒng)關(guān)聯(lián)。電驅(qū)系統(tǒng)熱管理主要是保持電驅(qū)系統(tǒng)合適的溫度，其由電機(jī)控制器、DC/DC、充電機(jī)和驅(qū)動電機(jī)組成。當(dāng)車輛處于負(fù)荷工況時，電機(jī)控制器、DC/DC、充電機(jī)、驅(qū)動電機(jī)工作時會發(fā)熱，若不加以冷卻，將影響驅(qū)動系統(tǒng)正常工作。驅(qū)動電機(jī)和電機(jī)控制器采用水冷方式，電機(jī)體內(nèi)設(shè)置有冷卻液道，通過冷卻液的流動降溫，防止驅(qū)動電機(jī)、電機(jī)控制器過熱。當(dāng)溫度超過閾值時，電機(jī)流出的較高溫度冷卻液通過散熱器與空氣的熱交換器降溫，經(jīng)過降溫的冷卻液再流經(jīng)散熱部件，以達(dá)到冷卻的目的。冷卻液的循環(huán)順序為，水泵工作吸入膨脹水箱及電機(jī)控制器高溫液體加壓后→冷卻液流入散熱器→冷卻后的水流入電機(jī)控制器完成冷卻的循環(huán)，控制器通過反饋驅(qū)動系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)溫度及電機(jī)、電機(jī)控制器的溫度，從而控制散熱器風(fēng)扇、水泵工作。冷卻水泵和冷卻風(fēng)扇為滯環(huán)控電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)電池?zé)峁芾硌h(huán)包括冷卻循環(huán)和加熱循環(huán)。電池冷卻循環(huán)的條件：BMS監(jiān)控動力蓄電池的溫度，當(dāng)單體電池Tmax≥40℃時，BMS將控制電池采取主動均衡，并控制壓縮機(jī)自動啟動。電子膨脹閥打開，冷卻循環(huán)如圖4-33所示，壓縮機(jī)→冷凝器→電子膨脹閥→蒸發(fā)器→壓縮機(jī)，動力蓄電池冷卻液→動力蓄電池冷卻液循環(huán)水泵→熱交換器→冷卻交換器→動力蓄電池，動力蓄電池冷卻液通過冷卻交換器進(jìn)行熱交換降溫，實現(xiàn)冷卻液降溫。在駕駛室不需要制冷時，電磁閥關(guān)閉，切斷通向蒸發(fā)器的制冷回路。當(dāng)電池不需要冷卻時，電子膨脹閥關(guān)閉，切斷流向熱交換器的回路。當(dāng)單體電池溫度Tmax≤35℃時，壓縮機(jī)停止工作、電池冷卻停止。電池包冷卻目的：改善高溫狀態(tài)下的車輛行駛動力性能。電池加熱循環(huán)控制：制熱系統(tǒng)由加熱循環(huán)水泵、液體加熱器PTC、三通電磁閥、熱交換器組成。當(dāng)動力蓄電池最低溫度小于規(guī)定值時，加熱回路利用液體加熱器PTC來為冷卻液加熱?？刂破骺刂萍訜嵫h(huán)水泵啟動、PTC加熱器工作，熱管理控制器控制三通電磁閥1號、3號管路接通，制熱循環(huán)為：熱循環(huán)水泵→液吉利帝豪EV450熱管理系統(tǒng)控制回路分析整車熱管理系統(tǒng)分為三個部分，即駕駛室回路的熱管理、電池系統(tǒng)回路熱管理，以及控制動力系統(tǒng)熱回路管理，如圖4-34所示。動力冷卻系統(tǒng)的作用是對電池、電機(jī)、控制器及充電機(jī)等車輛關(guān)鍵部件進(jìn)行冷卻或加熱，使其保持在適當(dāng)工作溫度范圍內(nèi)，冷卻或加熱性能直接影響零部件的性能表現(xiàn)，對于提升動力經(jīng)濟(jì)性，有重要意義。（1）駕駛室熱管理駕駛室熱管理主要實現(xiàn)駕駛室的制冷與加熱兩種功能；如圖4-35所示，制冷系統(tǒng)由電動渦旋式壓縮機(jī)、平行流式冷凝器、層疊式蒸發(fā)器和H型膨脹閥等組成，采用的制冷劑是R134a。在H型膨脹閥的前端設(shè)置有制冷管路電磁閥，在駕駛室不需要制冷時，電磁閥關(guān)閉，切斷通向蒸發(fā)器的制冷回路。駕駛室制熱靠PTC來實現(xiàn)。需要制熱時，熱管理控制器控制PTC加熱器（HVH）工作，控制三通電磁閥WV1的1、2號管路接通，PTC加熱水泵驅(qū)使經(jīng)PTC加熱后的冷卻液流進(jìn)空調(diào)箱的加熱芯體，實現(xiàn)供暖。電驅(qū)系統(tǒng)回路熱管理（3）電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)回路當(dāng)動力蓄電池有加熱需求，且最低溫度低于-10℃時，動力蓄電池加熱采用電驅(qū)動加熱回路，利用電動汽車運(yùn)行過程中電驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量來為動力蓄電池加熱，可有效降低動力蓄電池非驅(qū)動電耗，如圖4-39所示。熱管理控制器控制三通電時，啟動電動水泵2和電動水泵3，促使電驅(qū)動系統(tǒng)冷卻回路的高溫冷卻液流向動力蓄電池，對動力蓄電池進(jìn)行加熱。熱管理電池回路控制策略1）車輛在交流充電、直流充電、智能充電、行車過程中（包括車速為0）都可以啟動熱管理對動力蓄電池加熱或冷卻。在冷卻系統(tǒng)中，BMS根據(jù)單節(jié)電池最高溫度（下面簡稱電池最高溫度）發(fā)送熱管理控制信號，包括“冷卻”“勻熱”和“關(guān)閉”。3）在加熱系統(tǒng)中，BMS根據(jù)單節(jié)電池最低溫度（下面簡稱電池最低溫度）發(fā)送熱管理控制信號，包括“加熱”“勻熱”和“關(guān)閉”。4）快充及慢充：VCU直接轉(zhuǎn)發(fā)BMS的熱管理請求。5）行車：在行車狀態(tài)下，VCU接收到BMS發(fā)送的加熱需求后，需要根據(jù)當(dāng)前電池溫度、暖風(fēng)狀態(tài)、車速等條件進(jìn)行再次邏輯判斷，從而發(fā)送不同熱管理請求至AC控制器。車輛處于ON檔電非充電狀態(tài)下時，當(dāng)動力蓄電池單體溫度超過上限值55℃,車輛不進(jìn)行動力蓄電池冷卻。7）電池溫度監(jiān)測由BMS完成，BMS根據(jù)動力蓄電池單體溫度判定動力蓄電池是否啟動冷卻，并發(fā)送冷卻請求給VCU，VCU轉(zhuǎn)發(fā)BMS上述信號至ATC空調(diào)控制器。3.ModelS熱管理系統(tǒng)循環(huán)控制（1）結(jié)構(gòu)功能及特點特斯拉第一代熱管理技術(shù)路線應(yīng)用在ModelS/x上，和國內(nèi)各家廠商一樣，把整車熱管理分成電池、電機(jī)和汽車空調(diào)三大管理回路。其中，（2）汽車空調(diào)回路分析（3）電池?zé)峁芾砘芈贩治觯?）電機(jī)熱管理回路分析四、故障診斷檢修實施車輛問診。首先向車主詢問車輛的基本狀況，車輛在什么時間、什么工況下出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，之前是否出現(xiàn)過類似情況，在北汽新能源維修服務(wù)系統(tǒng)中調(diào)取該車的維修維護(hù)記錄。2）確認(rèn)故障現(xiàn)象。運(yùn)用故障再現(xiàn)的方法，操控車輛上電，動態(tài)測試車輛，掛入D位加大電機(jī)負(fù)荷，直至使儀表出現(xiàn)“電機(jī)過熱”故障提示，如圖4-41所示，風(fēng)扇常轉(zhuǎn)，檢查車輛此時是否能夠“READY”。3）如圖4-14所示，啟動車輛，該車儀表顯示無異常，READY指示燈點亮，可以完成換檔，正常解除駐車制動，踩下加速踏板車輛無移動趨勢，車輛READY指示燈正常，無其他故障燈指示，車輛無法行駛。關(guān)閉起動開關(guān)，滅車，重新啟動車輛，和上述現(xiàn)象一致。該車輛存在無法驅(qū)動的故障現(xiàn)象。故障預(yù)診和基本檢查1）故障預(yù)診。首先檢查冷卻液液位是否正常，排除冷卻液過少導(dǎo)致冷卻不良。然后使用北汽新能源專用故障診斷儀讀取故障碼，如圖4-42所示，借助診斷儀讀取故障數(shù)據(jù)，驅(qū)動系統(tǒng)水泵控制中故障碼，系統(tǒng)提示“P184313-水泵電機(jī)開路故障”，查看相關(guān)數(shù)據(jù)流?；緳z查。根據(jù)故障碼的提示，進(jìn)行動力系統(tǒng)熱管理控制系統(tǒng)基礎(chǔ)檢查，如圖4-43所示，管路檢查，檢查冷卻液液位、冷卻管路連接、冷卻風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、散熱器無臟污堵塞等，熱管理系統(tǒng)正常。插頭檢查，還應(yīng)檢查控制電路中的熔絲是否正常。使用萬用表測量熔絲的端電壓，熔絲正常?；緳z查未發(fā)現(xiàn)異常。3.故障分析（1）查詢維修手冊查找故障碼獲取故障發(fā)生的條件和故障碼產(chǎn)生的機(jī)理，分析產(chǎn)生的可能原因可能為供電故障、通信故障、線束故障、水泵故障、水泵控制模塊故障。故障時的數(shù)據(jù)流顯示水泵狀態(tài)為斷路故障，冷卻液溫度傳感器溫度為24℃,如圖4-44所示，初步判斷為水泵控制器及相關(guān)控制電路可能存在故障，具體再來分析一下系統(tǒng)控制電路。3.故障分析（1）故障產(chǎn)生的可能原因（2）電機(jī)控制系統(tǒng)電路分析（2）通過分析電路圖得知，如圖4-45所示故障產(chǎn)生的范圍通過預(yù)診斷和分析系統(tǒng)電路圖，確定有可能的故障范圍診斷排故（1）診