《新能源汽车电机及控制系统检修（第2版）》教案 第9课 能量传递系统和冷却系统（二）

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课题冷却系统检修课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）了解冷却系统的组成（2）掌握冷却系统的检修方法（3）会对冷却系统进行故障诊断（4）会对冷却系统各部件进行拆装素质目标：（1）增强规范操作、安全操作的意识（2）养成好学上进、开拓创新的工作作风教学重难点教学重点：冷却系统的组成、检修方法及故障诊断教学难点：对冷却系统各部件进行拆装教学方法任务引入法、问答法、讨论法、实践操作法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：传授新知（20min）课堂讨论（10min）第2节课：实践操作（35min）思政讲堂（5min）

课堂小结（3min）作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，组织学生下载“任务工单——冷却系统的检修”，并根据任务工单进行组内分工，同时提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件，收集冷却系统的相关资料，并进行了解【学生】提前上网观看相关资料，熟悉教材通过课前的预热，让学生了解所学课程的大概内容，激发学生的学习欲望考勤

（2min）【教师】使用文旌课堂APP进行签到【学生】按照老师要求签到培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况案例导入

（5min）【教师】讲述“沧海遗珠，志在千里”的案例，然后提出以下问题：为什么说川环科技是新能源汽车行业的一颗遗珠，值得更多的关注？【学生】聆听、思考、举手回答通过与本任务相关的案例引出任务，激发学生的学习兴趣，让学生带着相关背景去探索新知识传授新知

（28min）【教师】通过大家的发言，引入新知，讲解冷却系统的组成、检修方法及故障诊断4.2.1冷却系统概述1．冷却方式电机及控制系统主要采用风冷和液冷两种冷却方式。如果安装位置有空余，通风情况良好，重量要求不苛刻，则采用风冷方式；如果有节约空间、降低电机总成的重量、提高功率等要求，则采用液冷方式。（1）风冷：用空气作为媒介使需要冷却的物体温度降低的方式。风冷的改善措施通常是增大需冷却物体的表面积，或者是提高单位时间内空气流过物体的速率。常用的风冷设备有散热器、冷却风扇等。（2）液冷：以高比热容的液体为传输介质，将新能源汽车设备产生的热量带走，使之冷却的方式。液冷的改善措施通常是开发高效率、多功能的冷却液。常用的液冷设备有膨胀水箱、电动水泵等。2．冷却系统的组成电机及控制系统的冷却系统主要由冷却液、膨胀水箱、电动水泵、散热器、冷却风扇等组成。（1）冷却液（见下图）：具有防腐蚀、防水垢和防冻的作用，可使冷却系统始终处于最佳工作状态。冷却液由水、防冻剂和添加剂三部分组成。根据防冻剂成分的不同，冷却液可分为酒精型、甘油型和乙二醇型等。其中，乙二醇易溶于水，可与水以任意比例混合，形成各种冰点的冷却液。乙二醇型冷却液还添加了少量抗泡剂、防腐剂等综合添加剂，具有沸点高、泡沫倾向低、黏温性能好、防腐、防垢等特点，是目前应用较广泛的冷却液。冷却液（2）膨胀水箱：可为冷却液的排气、膨胀和收缩提供受压容积，也可作为冷却系统的冷却液加注端。（3）电动水泵：冷却液循环的动力部件。（4）散热器：由进水室、出水室、散热片及散热器芯等四部分构成。冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器外通过。热的冷却液因向空气散热而降温，冷空气则因吸收冷却液散出的热量而升温。（5）冷却风扇：通常与散热器安装在一起，运转时吸进空气，并使空气通过散热器的电子部件。其作用是通过提高流经散热器的空气流速和流量，来增强散热器的散热能力，加速冷却液的冷却过程。根据驱动电机、电机控制器、空调等的相关参数，VCU可通过控制冷却风扇的高速继电器和低速继电器，对冷却风扇进行两挡调速。电机及控制系统的冷却系统作为车辆的重要部分，一方面使电机及控制系统关键零部件在合适的温度范围内工作，防止温度失控导致性能受限甚至损坏，另一方面也影响着车辆的能量利用。例如，纯电动汽车没有可以利用余热的发动机，动力电池的加热需采用辅助的电加热器，且电动水泵等也将消耗一部分电能，这些都会影响车辆的最大行驶里程。【知行合一】拓展知识面【教师】讲述受材料耐热性的影响，电机及控制系统各零部件须在限定温度下工作受材料耐热性的影响，电机及控制系统各零部件须在限定温度下工作。以永磁同步电机为例，永磁体的使用温度在160℃以下，绕组绝缘材料的使用温度在180℃以下，IGBT的使用温度在150℃以下。【学生】聆听、思考4.2.2冷却系统的工作模式1．纯电动汽车纯电动汽车主要采用液冷方式，利用电动水泵来驱动冷却液循环，并结合散热器、膨胀水箱等机构构成完整的冷却回路。纯电动汽车中电机控制器要求的环境温度比驱动电机低，应将驱动电机冷却液管道连在电机控制器冷却液管道的后面。2．混合动力汽车混合动力汽车除了具有电机及控制系统外，还有发电机、发动机等部件，其各部件需要独立采用合适的冷却方式。现通过下面两种情况进行说明。（1）驱动电机采用液冷方式，电机控制器采用风冷方式时，冷却系统有两种冷却回路：一种是驱动电机和电机控制器具有独立的冷却回路；另一种是驱动电机和电机控制器共用一个冷却回路，将驱动电机的冷却液管道和电机控制器的散热器集成在一个冷却模块中。在两种冷却回路中，冷却系统的运行都受电机控制器调控，即电机控制器根据驱动电机、电机控制器等部件的温度传感器信号，发送冷却指令，控制电动水泵、冷却风扇、散热器等运行。（2）电机及控制系统的各部件都采用液冷方式时，可基于各部件的温度限值大小次序将其冷却回路进行串联，即电动水泵驱使冷却液依次流经电机控制器、驱动电机和发电机的冷却液管道。4.2.3冷却系统的检修1．冷却系统的故障诊断1）目视检查（1）检查易于接触或能够看到的冷却系统部件、线路，以查明其是否有明显损坏或存在可能导致故障的情况。（2）检查易于看到或能够看到的冷却液管道，以查明是否有冷却液泄漏现象。（3）使用故障诊断仪中的动作测试功能，强制驱动冷却风扇的继电器吸合，查看冷却风扇在低速挡和高速挡下是否能正常工作，以快速判断故障。【知识链接】拓展知识面【教师】讲述什么是动作测试动作测试是指在故障诊断仪连接车辆以后，用故障诊断仪输出信号给各控制器，控制测试对应的执行器的过程。当故障诊断仪初步诊断的结果不明确的时候，需要进行动作测试来对比分析，以便在线路、控制器、执行器等部件中明确故障点。【学生】聆听、思考冷却风扇故障诊断【多媒体演示】组织学生扫码观看“冷却风扇高速挡不运转故障诊断”视频，帮助学生了解冷却风扇高速挡不运转故障诊断的诊断流程冷却风扇的常见故障有低速挡不运转和高速挡不运转两种。它们的诊断流程类似，故下面以冷却风扇低速挡不运转为例，介绍其诊断流程。（1）检查冷却风扇继电器控制电路的保险丝与冷却风扇控制电路的保险丝是否熔断。若保险丝熔断，则先检查保险丝的线路是否存在短路故障。若有短路故障，则先排除短路故障，再更换新的保险丝。若更换保险丝后，冷却风扇在低速挡下能正常工作，则结束故障诊断工作；若更换保险丝后，冷却风扇在低速挡下仍不能正常工作，则检查冷却风扇的低速继电器。若保险丝都未熔断，则检查冷却风扇的低继电器。（2）检查冷却风扇的低速继电器是否正常工作。若低速继电器存在故障，则更换新的继电器；若低速继电器正常，则检查VCU中冷却风扇低速挡控制部分的电源电路。【知识链接】拓展知识面【教师】讲述检查继电器是否正常工作的方法检查继电器是否正常工作的方法主要有静态测试和动态测试两部分。（1）静态测试：不给继电器施加电压，检测继电器线圈的电阻，即用电表连接继电器的常闭触点，测量电阻。通常要求电阻在25～2000Ω内。（2）动态测试：给继电器施加电压，用电表连接继电器的常开触点，测量电阻。通常要求电阻小于1Ω。【学生】聆听、思考（3）测量VCU中冷却风扇控制电路的线束连接器低速挡端子与车身搭铁处之间的电压，检查其是否符合标准值（11～14V）。若电压不符合标准值，则更换VCU中冷却风扇控制部分的电源电路；若电压符合标准值，则检查冷却风扇的搭铁电路。【知识拓展】拓展知识面【教师】讲述VCU转接盒VCU连接器的端子较多，在新能源汽车的检修工作中，通常利用VCU转接盒（见下图）将VCU连接器的各端子放大，以便进行测量电阻、电压等操作。VCU转接盒【学生】聆听、思考（4）测量冷却风扇的线束连接器与车身搭铁处之间的电阻，检查其是否符合标准值（小于1Ω）。若电阻不符合标准值，则更换冷却风扇的搭铁电路；若电阻符合标准值，则检查冷却风扇的电源电路。（5）使用故障诊断仪执行冷却风扇低速挡动作测试，测量冷却风扇的线束连接器与车身搭铁处之间的电压，检查其是否符合标准值（11～14V）。若电压不符合标准值，则更换冷却风扇的搭铁电路（若冷却风扇的价格不高，可直接更换冷却风扇）；若电压符合标准值，则检查低速继电器与冷却风扇之间的连接线。（6）测量冷却风扇的低速继电器与冷却风扇之间的电阻，检查其是否符合标准值（小于1Ω）。若电阻不符合标准值，则更换低速继电器与冷却风扇之间的连接线；若电阻符合标准值，则检查低速继电器的控制电路。（7）测量冷却风扇的低速继电器与VCU之间的电阻，检查其是否符合标准值（小于1Ω）。若电阻不符合标准值，则更换低速继电器的控制电路；若电阻符合标准值，则说明VCU存在其他问题，应更换VCU。【知识链接】拓展知识面【教师】讲述冷却风扇在低速挡下不运转和在高速挡下不运转的诊断方法对于冷却风扇在低速挡下不运转和在高速挡下不运转的诊断，需注意区分两类故障涉及的保险丝、继电器、连接器端子等，具体可查阅相应车型的维修手册。【学生】聆听、思考3）电动水泵故障诊断若出现电动水泵不工作的情况，可采用以下步骤进行故障诊断。（1）使用故障诊断仪读取故障码，排除一般故障。若输出故障码，则根据故障码维修电路；若没有输出故障码，则检查电动水泵控制电路的保险丝。（2）检查VCU中电动水泵控制电路的保险丝是否熔断。若保险丝熔断，则先检查保险丝的线路是否存在短路故障。若有短路故障，则先排除短路故障，再更换新的保险丝。若更换保险丝后，电动水泵能正常工作，则结束故障诊断工作；若更换保险丝后，电动水泵仍不能正常工作，则检查电动水泵的电源电路。（3）使用故障诊断仪执行电动水泵动作测试，测量电动水泵的线束连接器与车身搭铁处之间的电压，检查其是否符合标准值（11～14V）。若电压不符合标准值，则更换电动水泵的电源电路；若电压符合标准值，则检查电动水泵的搭铁电路。（4）测量电动水泵的线束连接器与车身搭铁处之间的电阻，检查其是否符合标准值（小于1Ω）。若电阻不符合标准值，则更换电动水泵的搭铁电路；若电阻符合标准值，则检查电动水泵的控制电路。（5）测量电动水泵的线束连接器与VCU中电动水泵控制电路的线束连接器之间的电阻，检查其是否符合标准值（小于1Ω）。若电阻不符合标准值，则更换电动水泵的控制电路；若电阻符合标准值，则说明电动水泵存在其他问题，应更换电动水泵。若更换电动水泵还是不能排除问题，则更换空调控制器。【知识链接】拓展知识面【教师】讲述什么是空调控制器空调控制器是指车辆中负责控制电动水泵、热交换器、冷却液管道阀门等组件的机构。【学生】聆听、思考2．冷却系统各部件的更换下面以吉利帝豪EV450纯电动汽车为例，介绍电机及控制系统的冷却系统各部件的更换步骤。1）膨胀水箱的更换待冷却液温度较低时，打开膨胀水箱的盖板，释放冷却系统的压力。接着，断开膨胀水箱侧的散热器通气软管，以及膨胀水箱侧的加水软管、暖风出水管，再拆卸膨胀水箱的固定螺栓，最后将膨胀水箱取出。膨胀水箱的安装步骤与拆卸步骤相反。【知识链接】拓展知识面【教师】讲述更换冷却液的注意事项（1）冷却液温度较高时，不要打开膨胀水箱的盖板，以免造成烫伤。（2）在断开加水软管或暖风出水管前，应在车辆底部放置容器，接住冷却液，以免污染地面。【学生】聆听、思考2）电动水泵的更换为了保证检修工作能安全进行，拆卸电动水泵前应先断开低压蓄电池负极线。接着，拆卸电动水泵的线束连接器，断开与电动水泵相连的散热器出水管、电机控制器进水管，再拆卸电动水泵的固定螺栓，最后将电动水泵取下。电动水泵的安装步骤与拆卸步骤大致相反，但应先安装电动水泵的线束连接器，再安装与电动水泵相连的散热器出水管、电机控制器进水管，且在进、出水管安装完好后，应先加注冷却液，再连接低压蓄电池负极线。【知识链接】拓展知识面【教师】讲述安装线束连接器的原则安装线束连接器时，应遵循“一插、二响、三确认”原则。。【学生】聆听、思考3）散热器的更换为了保证检修工作能安全进行，在拆卸散热器前应先断开低压蓄电池负极线。接着，拆卸散热器进、出水管及通气软管，再拆卸散热器与相连组件（通常为冷却风扇）之间的固定螺栓，最后将散热器取下。散热器的安装步骤与拆卸步骤大致相反。【知识链接】拓展知识面【教师】讲述拆下散热器注意事项拆下散热器后，应小心移动散热器，避免散热器与其他部件磕碰，以免损坏散热器的散热片。【学生】聆听、思考4）冷却风扇的更换为了保证检修工作能安全进行，在拆卸冷却风扇前应先断开低压蓄电池负极线。冷却风扇与空调冷凝管相连，在拆卸冷却风扇各组件前应先拆卸空调冷凝管，然后拆卸冷却风扇的线束连接器，脱开线束固定卡扣，再拆卸冷却风扇的固定螺栓，最后取出冷却风扇。冷却风扇的安装步骤与拆卸步骤相反。【学生】聆听、思考、理解、记忆通过讲解、图片展示、课堂互动等教学方法，让学生了解冷却系统的组成、检修方法及故障诊断课堂讨论（10min）【教师】组织学生以小组为单位讨论以下问题：相较于传统汽车，新能源汽车的冷却系统有哪些特点？【学生】聆听、思考、小组讨论，由小组代表发表讨论结果【教师】与学生一起评价各组的发言通过课堂讨论，激发学生的学习兴趣，加深学生对所学知识的理解第二节课实践操作（35min）【教师】组织学生扫码观看“冷却风扇低速挡不运转故障诊断”视频，然后带领学生到实操间进行实践操作1．情景描述小方在驾驶其已购买两年的吉利帝豪EV450纯电动汽车时发现，仪表显示电机及控制系统的温度异常，且加速踏板失效，行驶速度受限。于是，小黑将车子送到汽车维修公司。维修人员对车子进行诊断，发现冷却系统中冷却风扇低速挡不运转，需要对冷却风扇实施进一步的故障诊断。2．准备工作（1）工具设备：数字万用表、故障诊断仪、拆装专用工具和设备、车辆起重设备。（2）台架车辆：电机及控制系统实训台、VCU转接盒、吉利帝豪EV450纯电动汽车。（3）辅助资料：维修手册、教材。3．操作步骤（1）取下冷却风扇继电器控制电路的保险丝与冷却风扇控制电路的保险丝，并使用数字万用表测量其电阻，测得的电阻分别为0.18Ω和0.19Ω，都小于1Ω，确认保险丝未熔断，如下图所示。检查保险丝（2）取下冷却风扇的低速继电器，并使用数字万用表，分别对低速继电器进行静态测试和动态测试，如下图所示。静态测试的结果为78.1Ω，在25～2000Ω内，动态测试的结果为0.18Ω，小于1Ω，确认低速继电器能正常工作。检查冷却风扇的低速继电器检查VCU中控制冷却风扇低速挡部分的电源电路：操作启动开关使电源模式至ON状态，并使用数字万用表，测量VCU转接盒上冷却风扇控制电路的线束连接器低速挡端子与车身搭铁处之间的电压，如下图所示。测得的电压为14.05V，不在11～14V内但差别不大，确认VCU中冷却风扇控制电路的线束连接器低速挡端子的电源电路正常，冷却风扇低速挡控制电源无问题。检查VCU中冷却风扇低速挡控制部分的电源电路（4）检查冷却风扇的搭铁电路：操作启动开关使电源模式至OFF状态，并使字万用表，测量冷却风扇的线束连接器与车身搭铁处之间的电阻，如下图所示。测得的电阻为0.52Ω，小于1Ω，确认冷却风扇的搭铁电路正常。检查冷却风扇的搭铁电路（5）查冷却风扇的电源电路：拆卸VCU中冷却风扇控制电路的线束连接器，操作启动开关使电源模式至ON状态。使用故障诊断仪执行冷却风扇低速挡动作测试（也可执行冷却风扇高速挡动作测试），并使用数字万用表，测量冷却风扇的线束连接器与车身搭铁处之间的电压，如图所示。测得的电压为12.58V，在11～14V内，确认冷却风扇的搭铁电路正常。检查冷却风扇的电源电路（6）检查低速继电器与冷却风扇之间的连接线：操作启动开关使电源模式至OFF状态，并使用数字万用表，测量冷却风扇的低速继电器与冷却风扇连接器之间的电阻，如下图所示。测得的电阻为0.44Ω，小于1Ω，确认低速继电器与冷却风扇之间的连接线正常。检查低速继电器与冷却风扇之间的连接线（7）检查冷却风扇低速继电器的控制电路：使用数字万用表，测量冷却风扇的低速继电器与VCU转接盒上主继电器控制电路的线束连接器低速挡端子之间的电阻，如图4-24所示。测得的电阻为0.61Ω，小于1Ω，确认冷却风扇低速继电器的控制电路正常。检查冷却风扇低速继电器的控制电路（8）经过以上检修步