新能源汽车动力蓄电池系统构造与检修 教案-项目五任务5-5 动力蓄电池绝缘故障检修

课题动力蓄电池绝缘故障检修课时4课时（180min）教学目标知识技能目标：1.掌握动力蓄电池包绝缘检测的意义。2.掌握动力蓄电池包绝缘检测的方法。3.掌握动力蓄电池包绝缘检测的流程。素质目标：1.提升学生对新能源汽车高压系统安全重要性的认识。2.培养学生分析问题和解决问题的能力。教学重难点教学重点：掌握动力蓄电池包绝缘检测的方法和流程。教学难点：理解绝缘检测原理及其在实际检修中的应用。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——动力蓄电池绝缘故障检修”，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故障的相关资料，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电动汽车绝缘故障”案例，并提出问题一辆吉利帝豪EV450纯电动汽车，仪表上的动力蓄电池故障灯点亮，读取故障码显示“P1543-00高压继电器断开的前提下，绝缘故障（严重）”。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，讲解新能源汽车动力蓄电池绝缘检测的作用、标准、方法和故障检测方法等内容。绝缘检测的重要性【教师】解释电动汽车动力系统的绝缘重要性，并引入绝缘检测的必要性。电动汽车的动力系统是一个高电压、大电流的电路。在正常情况下，高压系统是一个封闭的系统，对车体是完全绝缘的。电动汽车工作环境复杂，车辆的振动、高温环境、湿度的急剧变化、酸碱气体的腐蚀有可能会使电动汽车的绝缘层遭到破坏，使整车绝缘性能下降，导致车体漏电。在漏电情况下，动力蓄电池的正、负极引线会通过绝缘层与车辆的底盘构成漏电流回路，使车辆的底盘电位拉升，影响低压电器和车辆上ECU的正常工作。而且现在电动汽车的工作电压通常在400~500V，有些主机厂已推出800V高压系统，如果发生绝缘问题，可能危及驾驶员和乘客的人身安全。【学生】聆听并理解电动汽车高压系统绝缘的重要性。（1）绝缘检测作用【教师】详细讲解绝缘检测的作用和意义。动力蓄电池绝缘检测的作用在于保障电池组的安全运行，及时发现并避免安全隐患，同时为电池组的维护和管理提供数据支持，有助于提高电池组的运行效率和寿命。‌通过绝缘检测，可以及时发现电池组的漏电、短路等安全隐患，避免火灾等事故的发生。此外，绝缘检测还能为电池组的维护和管理提供数据支持，通过测量绝缘电阻、判断标准以及采用合适的检测方法，可以有效地进行动力电池的绝缘检测。【学生】聆听并理解绝缘检测的目的和绝缘对电池组的作用。（2）绝缘检测原理【教师】通过图示和案例分析绝缘检测原理。通过检测高压直流动力电源母线与其外壳、车身底盘之间的绝缘阻抗，与动力蓄电池输出相连接的负极母线与车身底盘之间的绝缘电阻，判断动力蓄电池包的漏电程度，该装置能够持续或间歇地检测车辆的绝缘电阻。当动力蓄电池包漏电时，传感器给动力蓄电池管理系统发出一个信号，动力蓄电池管理系统接到漏电信号后，发送给整车控制器（VCU）进行相关保护操作并报警，防止动力蓄电池包的高压电外泄。如图5-5-2所示。图5-5-1电池控制单元图5-5-2绝缘检测原理图在动力蓄电池管理系统中，若工作线束的接插件内芯与外壳发生短路，或者高压线路出现损坏并与车辆外壳短路，这些情况都可能引发绝缘方面的故障。同样，电压采集线路若损坏并与电池箱体发生短路，也会导致绝缘问题。为了解决这类问题，可以依照以下步骤进行分析和维修：1）检查高压负载是否存在漏电现象。可以通过依次断开DC/DC转换器、PEU、充电设备、空调系统等部件，逐步排查直至故障被排除，之后应对故障部件进行更换。2）检测高压线路或插接器是否存在损坏。利用绝缘电阻表对线路和插接器进行绝缘测量，一旦确认损坏，应立即更换。3）若电池箱体发生渗水或电池出现泄漏，应对电池箱体内部进行处理或更换电池组。4）确认电池箱内部存在漏电现象后，应对电压采集线路进行检查，如发现线路损坏，应立即更换。5）排除高压板的误报问题。对高压板进行更换，如果更换后故障得到解决，则可以确定原高压板存在检测故障。【学生】观察绝缘检测原理图，理解检测流程。二、绝缘检测标准及方法1.绝缘检测标准【教师】引入国际电工标准，讲解绝缘检测的安全阈值。由国际电工标准可知，人体没有任何感觉的电流安全阈值是2mA。这就要求如果人或其他物体构成动力蓄电池系统（或“高电压”电路）与地（车身）之间的外部电路，最坏的情况下泄漏电流不能超过2mA，即人直接接触电气系统任一点的时候，流过人体的电流应当小于2mA才认为车辆绝缘合格。因此，在电动汽车的开发中，要注意高压电气系统的绝缘设计，严格控制绝缘电阻值，使泄漏电流在安全的范围内。关于绝缘检测的标准，它会根据不同的车型而有所区别。对于吉利帝豪EV450这款纯电动汽车而言，其动力蓄电池的工作电压为DC346V。根据国家标准GB/T18384.3—2020的规定，动力蓄电池电压被划分为B级，具体标准要求可参考表5-5-1。表5-5-1电压等级电压等级最大工作电压U/V直流交流A0<U≤600<U≤30B60<U≤150030<U≤1000在最大负载电压下，直流电路绝缘电阻应不小于100Ω/V，交流电路绝缘电阻应不小于500Ω/V。如果直流和交流的B级电压电路中可导电的部分连接在一起，则应满足绝缘电阻不小于500Ω/V。此绝缘电阻值越大，则代表高压部件的绝缘性能越高。查阅吉利帝豪EV450维修手册，得知其动力蓄电池绝缘电阻为大于或等于20MQ。【学生】理解安全阈值的重要性，并学习如何根据标准评估绝缘性能。2.绝缘检测的方法【教师】指导学生如何正确使用绝缘电阻表进行绝缘检测。1）检测所有高压部件的绝缘电阻时，应在断开动力蓄电池维修开关和辅助蓄电池负极线前提下(如在充电还需断开充电插头)进行。2）断开各高压部件的高压连接线，用1000V绝缘电阻表测试各高压部件高压输入输出接口中高压正负极端子对车身地的绝缘电阻。3）对于绝缘电阻检测不合格部件，必须进行更换。4）动力蓄电池装车前应检测其绝缘电阻，同时用万用表量取高压插件正、负极柱之间及分别对壳体的电压，电压数值应为0V。要求在动力蓄电池的整个使用寿命期内，根据标准计算方法得到的绝缘电阻值除以动力蓄电池的额定电压U，所得值应大于500Ω/V。【学生】跟随教师的指导，学习绝缘检测的具体操作步骤。故障诊断流程【教师】通过案例分析，引导学生如何确认故障现象，进行故障树分析，使用解码仪读取故障码，根据故障码确定故障范围，最后对高压组件进行检测分析。（1）车辆故障现象确认起动车辆时，车辆能正常起动，READY指示灯点亮，但过了几秒后高压突然下电，仪表板指示灯熄灭，动力系统故障灯点亮，如图5-5-3所示，能听到动力蓄电池内部传来高压接触器断开的声音。（2）故障分析由于刚开始车辆能够正常上电，说明各模块自检可以通过，因此不用考虑各模块的故障。但高压上电后又突然下电，说明车辆检测到高压上电后存在安全隐患，为保护车辆安全，控制车辆紧急下电。结合高压控制原理，可以分析出高压下电可能由高压绝缘故障或高压互锁等高压组件故障引起。图5-5-3故障车辆仪表现象图5-5-4诊断仪显示（3）模块通信状态及故障码检查车辆下电，连接故障诊断仪，读取相应故障码，依据故障码或数据流确定可能的故障原因。1）读取故障码，如图5-5-4所示，VCU模块报“P1C2704BMS报动力蓄电池放电系统故障”和“P1C7004BMS检测外部绝缘故障报警”。2）故障诊断仪显示相关数据流：无。（4）确认故障范围故障范围包括交流充电插座、电动压缩机、PTC加热控制器、动力蓄电池、电机控制器、车载充电机等组件或高压线束存在绝缘故障。（5）检测分析具体相关元件及线束如图5-5-5所示。交流充电插座由PCB电路板隔绝，电动压缩机、PTC加热控制器、动力蓄电池、电机控制器、车载充电机等组件与高压线束都是直接连接的，因此如果电动压缩机、PTC加热控制器、动力蓄电池、电机控制器、车载充电机等高压组件存在绝缘故障，就会造成车辆上电后的高压下电故障。图5-5-5高压配电图【学生】观察和记录车辆故障现象，进行故障原因分析，缩小故障诊断的范围，高压组件进行检测和分析。【教师】随机邀请学生完成以下任务请用自己的话，简述绝缘监测的工作原理和绝缘故障检测流程。【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“动力蓄电池绝缘故障检修”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）故障现象确认踩下制动踏板，打开点火开关，观察仪表现象。2）读取故障码和数据流关闭点火开关，连接OBDⅡ测量线至VCI设备。连接车辆OBD诊断座，打开点火开关，选择车型，读取故障码和相关数据流。3）动力蓄电池绝缘故障检测①高压断电与检验断开辅助蓄电池负极，断开车载充电机侧动力蓄电池高压母线，并包裹绝缘。等待放电5分钟，用万用表验电，测量电压应≤5V。②检测供电绝缘电阻断开动力蓄电池侧高压母线插接器BV16。使用1000V绝缘测试仪测量BV16端子与车身接地之间的电阻，标准值应≥20MΩ。③检测充电线路绝缘电阻断开动力蓄电池充电高压线束插接器BV23。使用1000V绝缘测试仪测量BV23端子与车身接地之间的电阻，标准值应≥20MΩ。4）故障恢复并验证更换异常配件，连接各高压组件，连接蓄电池负极。踩下制动踏板，打开点火开关，观察仪表显示是否正常，整车能否上电，交流慢充能否充电。连接故障诊断仪，读取并清除故障码。检查验收安装情况，确认6S管理。关闭车辆点火开关，收起并整理防护四件套，清洁防护用具并归位，清洁整理仪器设备与工具。【学生】以小组为单位，进行实操，根据分工填写“任务工单——动力蓄电池绝缘故障检修”【教师】根据学生表现，填写学习成果评价