新能源汽车动力蓄电池系统构造与检修 教案-项目五任务5-4 动力蓄电池管理系统通信故障检修

课题动力蓄电池管理系统通信故障检修课时4课时（180min）教学目标知识技能目标：1.掌握BMS（电池管理系统）的工作原理。2.能够查阅维修手册，制订BMS供电及通信线路的检修计划。3.通过小组合作，执行维修手册标准，检修BMS电源及通信故障。素质目标：1.提升学生分析问题和解决问题的能力2.培养学生团队合作精神和安全意识教学重难点教学重点：掌握BMS的工作原理和检修流程教学难点：理解BMS在新能源汽车中的作用，以及如何准确诊断和处理BMS通信故障教学方法情景模拟法、问答法、讨论法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学过程主要教学内容及步骤课前任务【教师】布置课前任务，组织学生下载“任务工单——动力蓄电池管理系统通信故障检修”，并根据任务工单进行组内分工，同时提醒同学通过超星APP或其他学习软件，收集新能源汽车动力电池管理系统通信故障相关资料，并进行了解。【学生】提前上网观看相关资料，熟悉教材考勤【教师】使用超星APP进行签到【学生】按照老师要求签到互动导入【教师】讲述“吉利帝豪EV450电动汽车出现全车无电故障”案例，并提出问题张先生有一辆吉利EV450纯电动汽车，早上起来发现车辆无法行驶，经检查发现仪表上亮起了动力蓄电池故障灯，送到维修店经过初步检查，读取故障码为“U3472-87，动力CAN总线数据丢失”，初步判断为电池管理系统电源故障或通信故障，现在车间主管安排你完成此任务，你应该如何检修呢?【学生】聆听、思考、讨论、回答传授新知【教师】通过大家的发言，引入新的知识点，介绍BMS在电动汽车中的作用，强调其在提高电池性能和安全性方面的重要性。动力蓄电池系统的故障是一个涉及多个层面的复杂过程，因为它不仅需要关注电池单体的性能变化，还要考虑到整个电池系统的协同工作状态。在这个系统中，电气、机械、热管理和控制等多个维度相互交织，任何一个环节的异常都可能导致故障的发生。动力蓄电池的故障主要可以按照故障发生的部位和故障的性质进行分类。一、BMS的作用和工作原理1.BMS的作用【教师】详细讲解BMS的主要功能，包括监测电池状态、防止过充过放、延长电池寿命等。蓄电池管理系统（BMS）是连接动力蓄电池与整车控制器的纽带，BMS的出现是为了解决蓄电池系统的安全性、可用性、易用性、使用寿命等关键问题，其主要作用是提高蓄电池的利用率，防止蓄电池出现过度充电和过度放电，延长蓄电池的使用寿命，监控蓄电池的状态。优秀的BMS不仅对蓄电池的电压、电流、温度等监测的更为准确，还能准确地估算出蓄电池的SOC和SOH，对蓄电池进行均衡以避免蓄电池过放电或过充电，同时提高能量的利用率，保证蓄电池安全、可靠地进行工作。【学生】通过教师的讲解，理解BMS的功能和对电动汽车电池系统的重要性。2.BMS的结构和工作原理【教师】介绍BMS的硬件组成，包括CSC模块、BMU、高压配电盒等，并解释其工作原理。动力蓄电池系统由动力蓄电池、动力蓄电池管理系统、动力蓄电池箱、辅助元器件组成，其中动力蓄电池管理系统（BMS）是动力蓄电池系统的核心，也是电动汽车中非常重要的一个电气控制子系统，负责对动力蓄电池进行监测、安全保护和运行管理，确保电动汽车的安全行驶，提高动力蓄电池的性能与寿命。BMS作为一个为管理动力蓄电池而设计的电子控制系统，主要实现电池SOC/SOH监测、电芯状态监测和均衡、电池功率路径管理等功能。如图5-4-1所示，BMS硬件部分一般包括单体蓄电池监测电路（CSC）模块、控制单元（BMU）、高压配电盒、电流传感器和热管理系统五个部分。图5-4-1BMS的组成动力蓄电池管理系统通过传感器及监测模块对动力蓄电池状态进行监测、运算分析，按一定的控制策略对动力蓄电池进行能量控制、均衡控制、故障自诊断等，并与整车控制器（VCU）、车载充电机（OBC）、仪表等进行交互。动力蓄电池管理系统的各组成部件故障可导致电动汽车无法上电、无法充电等故障。动力蓄电池管理系统常见故障主要包括：CAN总线通信故障、BMS控制器自身故障、单体蓄电池电压采集异常、温度采集异常、电流采集异常、高压绝缘故障、总电压检测故障、高压互锁故障等。【学生】学习BMS的各个组成部分及其在电池管理系统中的作用。二、EV450动力蓄电池管理系统电路分析【教师】通过电路图和视频，分析BMS的电路，电源电路、CAN总线、碰撞信号线和充电电路等部分，并解释其工作机制。吉利EV450动力蓄电池管理系统（BMS）采用集中式布局，BMS控制器集成主控模块（BMU）、从控模块（CSC）、绝缘监测模块、电流监测模块等，与高压配电盒B-BOX共同安装在动力蓄电池箱内。BMS控制器通过两个低压插接器CA69、CA70与外部电路连接，如图5-4-2、图5-4-3所示。（1）BMS电源从图5-4-1可以看出，BMS控制器的电源电路有两路。一路由辅助蓄电池通过EF01（10A）熔丝给CA69/1端子供电，此为常电；另一路是IG2电源，是BMS控制器的唤醒电源。为了节约电能，当动力蓄电池在一定时间内不接收不到任何操作信息时，将进入休眠状态，若想唤醒BMS控制器，当把点火开关打到ON档或接收到充电唤醒信号时，车身控制器BCM控制前机舱熔丝继电器盒中的IG2继电器闭合，通过IF18（10A）熔丝给CA69/7端子给BMS控制器供电，唤醒BMS。常电与唤醒电源均通过CA69/2端子接地形成回路。图5-4-2吉利EV450动力蓄电池管理系统（BMS）电路图1CAN总线BMS连接有三路CAN总线，分别是动力CAN总线、快充CAN总线和诊断接口通信CAN总线。BMS通过CA69/3（CAN-H）、CA69/4（CAN-L）与VCU、电机控制器（PEU）、车载充电机（OBC）、减速器（TCU）等组成的动力CAN网络，动力CAN网的传输速度500kbit/s，120Ω终端电阻分别在BMS和PEU控制器内，如图5-4-3所示。BMS通过CA70/1（CAN-H）、CA70/2（CAN-L）分别与直流充电插座BV20/4、BV20/5连接构成快充CAN总线网络，直流充电时BMS与充电桩通过快充CAN总线进行通信。BMS通过CA69/11（CAN-H）、CA69/12（CAN-L）分别与OBD诊断接口的IP19/9、IP19/10连接，实现OBD诊断CAN通信，该通信线路故障时，故障诊断仪与BMS控制器无法通信。图5-4-3吉利EV450动力蓄电池管理系统（BMS）电路图2碰撞信号线BMS通过CA69/6与安全气囊ACU的IP54/19相连，监测车辆发生碰撞时，安全气囊ACU传送过来的硬线碰撞信号（PWM信号）。（4）直流快充唤醒电源信号BMS通过CA70/4（A+）、CA70/5（A-）分别与直流充电插座BV20/8、BV20/9连接，直流充电枪插入直流充电插座时，给BMS提供12V的工作电压，唤醒BMS控制器。（5）CC2直流快充连接确认信号线BMS通过CA70/3与直流充电插座BV20/7相连，BMS控制器通过该信号监测直流充电枪是否连接到车辆直流充电插座上。（6）直流快充口温度传感器信号直流充电插座上有两个温度传感器，分别是直流充电口正极温度传感器和负极温度传感器，用于监测直流快充时，充电器正、负极的温度。正极温度传感器由BMS的CA69/9、CA69/10与直流充电插座BV21/8、BV21/9相连。负极温度传感器由BMS的CA70/11、CA70/12与直流充电插座BV21/12、BV21/11相连。（7）电池管理系统（BMS）低压供电及通信电路如图5-4-4所示，吉利EV450中BMS通过动力CAN总线与VCU、OBC等通信，通过直流快充CAN与直流充电桩进行通信。CAN总线通信故障将导致电动汽车无法上电、无法充电故障。CAN总线通信故障常见原因如下：1）CAN总线对地、对电源短路或CAN总线断路、端子退针、虚接等。在保证BMS供电电源正常的状态下，可用万用表检查CAN总线线路是否导通，是否对地或对电源短路，必要时用示波器检测CAN-H、CAN-L信号波形判断CAN总线是否正常。2）CAN网络故障。3）BMS控制器自身故障。图5-4-4吉利EV450BMS动力CAN总线【学生】认真听讲，分析EV450动力蓄电池管理系统（BMS）在发生通信故障时可能出现的症状，并讨论如何通过诊断流程快速定位问题，以及采取哪些应对措施来最小化故障对车辆运行的影响。【教师】随机邀请学生完成以下任务请用自己的话，通过电路图简要分析BMS的工作原理。【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答【学生】聆听、思考、理解、记忆实践应用【教师】扫码播放“动力蓄电池管理系统通信故障检修”视频，然后带领学生到车间进行实践操作。1．准备工作（1）实训场所：理实一体化实训室。（2）工具及设备：拆装专用工具、防护用具等。（3）台架/车辆：帝豪EV450。（4）辅助资料：车辆维修手册、教材等。2．操作步骤【教师】通过实操或播放视频，并进行讲解1）读取故障码、数据流：关闭点火开关，连接OBDⅡ测量线至VCI设备，确保VCI设备电源指示灯亮起。打开点火开关，选择相应车型并读取故障码，记录故障码及其含义。读取与故障相关数据流，记录数据流名称及数据值。2）检查蓄电池电压：关闭点火开关，安全存放钥匙，断开蓄电池负极。测量蓄电池电压，记录测量值与标准值，判断电压是否正常。3）检查BMS供电电源保险EF01和IF18：将点火开关置于OFF档，拆下蓄电池负极。拔下保险EF01和IF18，测量熔丝电阻值，判断熔丝是否损坏，记录测量值与标准值。4）检查BMS控制器线束插接器侧电源电压与CA66之间的连接情况：断开BMS控制器线束连接CA69，连接蓄电池负极。测量线束插接器CA69/()与接地电压，记录测量值与标准值，判断是否正常。将点火开关打至ON档，再次测量线束插接器CA69/()与接地电压，记录测量值与标准值。测量线束插接器CA69/2与车身接地电阻，标准值应小于1Ω，记录测量值。拆下蓄电池负极电缆，等待90秒，断开VCU线束插接器CA66。测量BMS插接器CA69/3与VCU插接器CA66/8之间电阻，记录测量值与标准值。测量BMS插接器CA69/4与VCU插接器CA66