新能源汽车动力蓄电池系统构造与检修 教案-项目五任务5-3 电动汽车高压上电与下电故障检修

课题电动汽车高压上电与下电故障检修课时4课时（180min）教学目标知识技能目标：1.掌握电动汽车高压上电与下电的基本定义和控制策略。2.掌握吉利EV450高压系统的结构和原理。3.掌握电动汽车无法上高压电故障诊断和排除的流程。素质目标：1.提升学生对新能源汽车高压系统故障检修的实际操作能力。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：掌握吉利EV450高压系统的结构和原理，以及故障诊断和排除流程。教学难点：高压上电与下电的控制策略理解和实际故障诊断技能的培养。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——电动汽车高压上电与下电故障检修”，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，收集电动汽车高压上下电故障的相关资料，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电动汽车无法上高压电”的案例，并提出问题一辆吉利帝豪EV450电动汽车出现无法上高压电的故障。如果你作为一名新入职新能源汽车维护检测人员，现在车间主管安排你完成此任务，你应该如何处理呢？请你对该车无法上电的故障进行诊断和排除？【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，讲解电动汽车高压上电与下电的控制策略概述、分析无法上电故障的原因等内容电动汽车高压上电与下电的控制策略概述【教师】首先介绍高压上电与下电的基本概念，解释它们在电动汽车中的重要性。1.高压上电与下电的定义【教师】讲解高压上电和下电的工作原理，以及它们在电动汽车启动和关闭过程中的作用。高压上电是指电动汽车在接收到驾驶员的上电指令后，通过车辆控制单元（VCU）、电池管理系统（BMS）和电机控制器（MCU）等关键部件，按照既定的控制逻辑，在满足上电条件的前提下，由VCU或BMS控制动力蓄电池的主正极和主负极接触器闭合，从而实现动力蓄电池对高压电气系统的供电。高压下电则是在接收到驾驶员的下电指令或系统检测到不满足上电条件时，VCU或BMS控制动力蓄电池的主正极和主负极接触器断开，切断动力蓄电池对高压电气系统的供电。【学生】通过教师的讲解，理解上电和下电过程中涉及的关键部件和控制逻辑。2.控制策略的关键点【教师】强调在高压上电和下电过程中，需要考虑的关键因素，如预充电、接触器闭合与断开时间、安全要求等。电动汽车的高压系统设计需满足高效、安全和可靠的要求。在高压上电和下电的过程中，系统的控制策略需综合考虑电气部件的耐久性、驾驶员的操作指令以及系统的安全保护机制。预充电过程：为避免在上电初期由于变频器中大电容充电导致的局部短路和大电流冲击，对于60V以上的高压系统，上电前应进行预充电，以减轻高压冲击。接触器闭合与断开时间：在高压上下电过程中，接触器的闭合或断开动作要求在20毫秒内完成，以确保系统的快速响应和安全运行。安全要求：在高压系统断开1秒后，电动汽车的任何导电部分和可触及部分的搭铁电压峰值应小于交流42.4伏或直流60伏，确保储存的能量不超过20焦耳，以满足高压安全标准。【学生】学习这些关键点，了解它们对系统性能和安全的影响。3.吉利EV450高压系统组成与工作原理【教师】详细介绍吉利EV450高压系统的组成和工作原理，包括各关键组件的功能和相互之间的关系。吉利EV450电动汽车的高压系统由多个关键组件构成，该系统的结构如图5-3-1所示，涵盖了动力蓄电池包、车载充电机、分线盒总成、压缩机、PTC加热器、电机控制器总成、驱动电机以及交直流充电插座等部分。动力蓄电池包内部集成了高压分配单元（B-BOX），其中包含了主正极接触器、主负极接触器、主预充接触器、预充电阻、直流充电预充接触器、直流充电预充电阻和直流充电正极接触器等元件。吉利EV450的电池动力管理系统（BMS）采用了一种分布式的架构，包括电池控制单元（BMU）和电池信息收集组件（CSC）。这些关键组件均位于电池组装的内部区域。电池控制单元（BMU）负责收集各个电池单元的电压、电流、温度以及整车绝缘等数据，并将其传输给车辆控制单元（VCU）。同时，根据车辆控制单元（VCU）的指令，电池控制单元（BMU）也会对电池系统进行相应的管理与调节。在每个电池单元中，都配备了若干电池信息收集组件（CSC），它们的主要任务是监测每个独立的电池单元的电压和温度状况。这些信息被收集后，会传输回电池控制单元（BMU），并依据电池控制单元（BMU）的指令进行电池单元之间的均衡操作。图5-3-1吉利EV450高压电气系统架构CA69和CA70是BMS的低压插接器，其端子的具体编号见图5-3-2，详细的端子信息和定义见表5-3-1。图5-3-2吉利EV450BMS插接器CA69和CA70表5-3-1CA69和CA70插接器端子定义CA69端子号端子定义颜色CA70端子号端子定义颜色1常电12VR/L1快充CCANH0/L2电源地GNDB2快充CCANL0/G3整车CANHGr/03快充CC2Br4整车CANLL/B4快充wakeupR6Crosh信号L/R5快充wakeupGNDB/R7IG2G/Y11快充插座负极柱温度+B/Y9快充插座正极柱温度+W/L12快充插座负极柱温度-B/W10快充插座正极柱温度-G/Y11诊断接口CANHL/W12诊断接口CANLGr【学生】通过学习，掌握吉利EV450高压系统的结构和工作流程。3.吉利EV450上下电控制策略【教师】逐步讲解吉利EV450上、下电过程的各个阶段，从无钥匙进入和一键启动系统到VCU和BMS的协调工作。（1）吉利EV450上电过程吉利EV450上下电控制涉及整车控制器（VCU）、动力蓄电池管理系统（BMS）、电机控制器（PEU）、车身管理控制器（BCM）、减速机控制器（TCU）、安全气囊控制器（ACU）、高压配电盒（B-BOX）、驱动电机、制动开关、电子换档开关等，如图5-3-3所示。①吉利EV450车型配备了先进的无钥匙进入和一键启动系统。该系统的核心是车身控制模块（BCM），它负责检测携带有效身份的遥控器（UID）在车辆周围的存在。一旦BCM检测到有效的遥控器，与之相应的遥控器会发出信号与车辆进行通信。接下来，BCM会指挥解锁转向柱的电子锁（ESCL），并通过CAN网络系统与车辆的动力系统进行信息交换和认证。当驾驶员将一键点火开关调至ACC档位时，BCM通过IP23/32端子操作ACC继电器IR03闭合，从而为ACC档位的电器设备提供电源。随后，当驾驶员将点火开关调至ON档位，BCM通过IP23/15和IP23/31端子控制IG1和IG2继电器闭合。IG1继电器负责为车辆控制单元（VCU）供电，而IG2继电器则为电池管理系统（BMS）、电源电子单元（PEU）等其他电控单元提供电力。在这些关键系统完成自检并确认无故障后，车辆便可以进入下一步启动程序。图5-3-3吉利EV450上电控制原理图②当驾驶员踩下制动踏板并按下点火开关（ST档）以请求上电时，车身控制模块（BCM）会向车辆控制单元（VCU）发送起动信号。③VCU随后通过动力CAN（PCAN）检查上电所需的各项条件是否得到满足。这包括检查制动开关信号、电子换档开关信号、高压互锁信号、旋变传感器的正弦信号和激励信号、温度传感器信号、碰撞信号、动力蓄电池的电流和电压、整车漏电信号以及P位位置信号等是否正常。④如果所有条件均符合要求，VCU将通过动力CAN唤醒电池管理系统（BMS）。BMS首先控制负极接触器闭合，然后开始预充电程序。预充电过程中，首先闭合主预充继电器，并在车载充电机及分线盒总成输出高压电，同时串联预充电阻。⑤当输出母线电压与动力蓄电池电压差值小于50V时，BMS控制主正接触器闭合，并断开主预充接触器，完成上电过程。⑥上电完成后，VCU通过车辆控制总线（VCAN）点亮仪表板上的“READY”指示灯。同时，VCU向电源电子单元（PEU）发送指令，包括电机使能信息、电机模式信息（再生制动、正向驱动、反向驱动）以及相应模式下的电机转矩。PEU则向VCU上报电机和控制器的各种参数及故障报警信息，主要包括电机转速、电机转矩、电机电压和电流。至此，车辆已做好行驶准备。（2）吉利EV450下电过程①当在上电状态下，BMS、VCU、PEU等监测到如漏电、碰撞、高压互锁、旋变传感器等故障信号时，BMS会控制主正接触器、负极接触器和分压接触器断开，从而使电动汽车下电。②当驾驶员希望下电时，再次按下起动按钮，BCM会向VCU发送下电请求。③VCU随后通过动力CAN（PCAN）让PEU切断驱动电机的驱动电源，并通过PCAN向BMS发送指令。④根据指令，BMS控制主正接触器和负极接触器断开，完成电动汽车的下电过程。【学生】跟随教师的讲解，了解上、下电过程中的信号传递和接触器控制逻辑。二、吉利EV450无法上电故障分析根据吉利EV450电动汽车上下电控制策略，对吉利EV450无法上电的主要故障原因进行分析，主要原因有：低压供电系统问题、CAN总线通信问题、车辆启动相关故障、电动机及控制系统故障、高压系统问题。1.低压供电故障【教师】分析低压供电系统可能出现的问题，如蓄电池电压过低、线路接触不良等，并指导学生如何进行检查和维修。1)检查蓄电池供电电压。吉利EV450所有控制器供电均由一个12V铅酸蓄电池提供。蓄电池电压过低，或供电电源正极、搭铁线路接触不良均可导致控制器工作不正常，从而无法上电。检测蓄电池，电压应为11~14V,线路电阻小于1Ω。2)检测BCM供电电源。①图5-3-4为BCM电源电路及插接器。断开蓄电池负极90s以上，拆下BCM插接器IP22a和IP20a；接上蓄电池负极，用万用表测量IP22a/14与搭铁间电压，应为11~14V，否则检查熔丝EF05是否熔断和线路是否正常。②插上插接器IP22a，将点火开关打至ON档，测量IP20a/8与搭铁、IP23/1与搭铁间电压，应为11~14V，否则检查熔丝F28、F19是否熔断，熔丝F28、F19正常时，检查F28、F19熔丝和IP23/1、IP23/15控制线路电阻，应小于1Ω。③检查IG1、IG2继电器IR02、IR05是否工作正常。图5-3-4BCM电源电路及插接器3）检测VCU供电电源。图5-3-5为VCU的插接器CA66、CA67接口，表5-3-2、表5-3-3分别为CA66、CA67端子的定义，图5-3-6为VCU电源电路图。VCU供电电源电路检测如下：图5-3-5插接器CA66、CA67接口表5-3-2CA66端子定义端子号端子定义线色端子号端子定义线色1GNDB(黑)22VCAN-LL/W(蓝/白)2GNDB(黑)23VCAN-HGr(灰)4UDSCAN-HL/R(蓝/红)24起动信号W/L(白/蓝)5UDSCAN-LY/B(黄/黑)25主继电器电源反馈Y(黄)7PCAN-LL/B(蓝/黑)26GNDB(黑)8PCAN-HGr/O(灰/橙)39电源正极(反接保护)Y(黄)10高速风扇电源反馈W/B(白/黑)50IG1R/B(红/黑)11低速风扇电源反馈W(白)51主继电器控制Br/W(棕/白)12常电R(红)52电源正极(反接保护)Y(黄)15变速器唤醒输出R/G(红/绿)54GNDB(黑)16电机控制器唤醒输出L/W(蓝/白)58高压互锁输出Br/W(棕/白)20P位指示灯信号输出G/B(绿/黑)表5-3-3CA67端子定义端子号端子定义线色端子号端子定义线色76高压互锁输入Br(棕)111加速踏板信号1G/L(绿/蓝)83冷却水泵电源反馈R/W(红/白)112加速踏板信号2G/W(绿/白)86制动开关2(动断)O(橙)115冷却水泵继电器控制G/Y(绿/黄)96制动开关1(动合)Br(棕)123加速踏板地2B/W(黑/白)99加速踏板电源2R/B(红黑)124加速踏板地1B/L(黑/蓝)100加速踏板电源1R/L(红/蓝)127高速风扇继电器控制P(粉)101水泵检测G/R(绿/红)128低速风扇继电器控制L/G(蓝/绿)①用诊断仪访问VCU，检查是否输出DTC，若有，根据输出DTC检修电路。②检查蓄电池电压，应为11~14V。③检查VCU熔丝EF19、EF29是否熔断，EF19、EF29线路是否有断路故障。④检查VCU插接器CA66端子电压。将点火开关打至OFF档，断开VCU线束插接器CA66,将点火开关打至ON档，用万用表直流20V档测量CA66/12—CA66/1、CA66/50—CA66/1电压，应为11~14V。⑤检查VCU插接器CA66搭铁端子导通性。将点火开关打至OFF档，测量CA66/1、CA66/2、CA66/26、CA66/54与车身搭铁电阻，应小于1Ω。4）检测BMS供电电源。①图5-3-7为BMS电源电路图。断开蓄电池负极90s以上，拆下BMS插接器CA69，然后接上蓄电池负极，用万用表检测CA69/1与搭铁间电压，应为11~14V，否则检测熔丝EF01与CA6/1连接线路是否正常。②将点火开关打至ON档，测量CA69/7与搭铁间电压，应为11~14V，否则检查熔丝F18与CA69/7线路是否正常；检测CA69/2与搭铁间电阻，应小于1Ω。图5-3-6VCU电源电路图图5-3-7BMS电源电路图5）检测PEU供电电源。①PEU供电电源电路如图5-3-8所示。断开蓄电池负极90s以上，拆下BV11插接器，插上蓄电池负极，测量BV11/26与BV11/11、BV12/1BV34/1之间的电压应为11~14V，否则检查熔丝EF32、AM02及PEU搭铁线路是否正常。②将点火开关打至ON档，测量BV11/25与BV11/11之间的电压应为11~14V，否则检查熔丝F18与BV11/25连接线路的电阻，应小于10。图5-3-8PEU供电电源电路图【学生】通过案例学习，掌握低压供电系统故障的诊断和处理方法。2.动力CAN通信故障【教师】讲解CAN总线通信的重要性和可能的故障类型，如断路、短路等，并指导学生如何进行故障排查。吉利EV450上电过程中，VCU通过动力CAN与BMS、PEU、TCU和电子换档开关进行通信。VCU与BCM、仪表通过VCAN进行通信，故CAN通信线路故障均可导致车辆无法上电。CAN总线可能的故障包括CAN-H、CAN-L断路、对地或电源短路，CAN-H和CAN-L短接等。【学生】学习CAN总线故障的诊断技巧，了解如何维护通信线路的完整性。上电条件不满足故障【教师】分析上电条件不满足时可能出现的故障，如制动开关信号故障、电子换档开关信号故障等，并提供解决方案。上电条件不满足故障包括制动开关信号故障、电子换档开关信号故障、旋变传感器信号故障、高压系统绝缘性故障、接触器故障、高压互锁故障等。1）制动开关信号故障。为了确保车辆上电时的安全性，制动开关信号是EV450上电的条件之一，上电时要求驾驶员踩下制动踏板。吉利EV450制动开关由一个常闭开关和一个常开开关组成，踩下制动踏板，常闭开关打开，常开开关闭合，EV450制动开关电路图如图5-3-9所示。常闭开关和常开开关分别连接到VCU的CA67/86和CA67/96，给VCU输入整车减速或制动信号，反映了驾驶员对整车制动性的需求。VCU根据制动开关信号对驱动电机实施控制，此外制动开关信号还是VCU控制电机控制器（PEU）实施能量回收控制的使能信号。断开VCU的CA67/86和CA67/96端子不影响整车上电控制。制动开关的常开开关还连接到BCM的IP21a/13和ESC（电子稳定控制系统）的CA20/30。制动开关给BCM的制动信号用于控制整车上电，若没有该信号，车辆将出现无法上电的故障。制动开关给ESC的制动信号主要用于车身稳定控制，若没有该信号，ABS故障指示灯将点亮。对制动开关进行检测步骤如下：①将点火开关打至ON档，连接故障诊断仪，读取故障码，有故障码根据故障码信息进行排查。②检查制动开关熔丝EF02和EF18是否熔断。③检查制动开关线路。将点火开关打至OFF档，断开蓄电池负极，等待至少90s，断开制动开关线束插接器CA44，断开VCU线束插接器CA67。连接蓄电池负极，将点火开关打至ON档，测量线束插接器CA44端子2、3与车身搭铁间电压，应为11~14V，否则检查EF02和EF18与制动开关的连接线路电阻，电阻应小于1Ω；插入制动开关线束插接器CA44，将点火开关打至ON档，测量VCU线束插接器CA67端子86与车身搭铁间电压，应为11~14V；测量VCU线束插接器CA67端子96与车身搭铁间电压，未踩下制动踏板时为0V，踩下制动踏板时应为11~14V。④检查制动开关与VCU之间的线束。将点火开关打至OFF档，断开蓄电池负极至少90s，断开VCU线束插接器CA67和制动开关线束插接器CA44，测量CA67端子86与CA44端子4、CA67端子96与CA44端子1之间的电阻，应小于1Ω。⑤检查制动开关线束是否对地短路。将点火开关打至OFF档，断开蓄电池负极至少90s，断开VCU线束插接器CA67和制动开关线束插接器CA44，测量CA44端子1与车身搭铁、CA44端子4与车身搭铁之间的电阻，应大于10kΩ。⑥检查制动开关线束是否对电源短路。连接蓄电池负极，将点火开关打至ON档，测量CA44端子1与车身搭铁、CA44端子4与车身搭铁之间电压，应为0V。图5-3-9制动开关电路图2）电子换档开关信号故障。吉利EV450电子换档开关（EGSM）是一个电子控制模块，其线束插接器编号为IP53b。电子换档开关插接器IP53b的端子1、2分别通过IF23、IF08熔丝连接IG1和B+，给电子换档开关供电，IP53b的10号端子为搭铁线。电子换档开关插接器IP53b的4、5端子通过PCAN与VCU通信。电子换档开关电路图如图5-3-10所示。图5-3-10电子换档开关电路图当驾驶员将电子换档开关挂入P位时，IP53b的端子3与VCU的插接器CA66端子20连接，通过LIN总线向VCU输送驻车请求信号，VCU结合当前驱动电机转速（来自PEU）和轮速信号（来自ESC），判断是否符合驻车条件。当符合驻车条件时，VCU通过CAN总线向TCU（减速器控制器）发送驻车指令，TCU控制减速器上的驻车电机进入P位，锁止减速器。驻车完成后TCU将收到减速器驻车电机位置传感器发出的P位位置信号，并将此信号反馈给VCU，完成换档过程。当驾驶员操作电子换档器退出P位，电子换档器通过IP53b的3号端子将解除驻车请求信号发送给VCU，VCU结合当前驱动电机转速及转速情况判断是否满足解除驻车条件，当符合条件时，VC发送解除驻车指令到TCU，TCU根据解锁条件判断是否进行解锁，TCU控制驻车电机解除减速器。解除驻车完成后，TCU将收到减速器驻车电机位置传感器发出的档位位置信号，并将此信号反馈给VCU，完成换档过程。3号端子为驻车请求信号，故障不影响车辆上电，但电子换档开关自身故障或通信故障将导致VCU无法从TCU获取P位位置信号，从而导致车辆无法上电。此外电子换档开关IP53b的端子6与BCM插接器IP21a的端子34连接，输出倒档信号给BCM，用于打开倒车灯并起动倒车雷达。倒档信号故障不影响车辆上电。对电子换档开关故障进行检测步骤如下：①连接故障诊断仪，检测VCU是否有电子换档开关故障码。②查看VCU数据流，看电子换档开关信号是否正常。③检查蓄电池电压，应为11~14V。④检查熔丝IF23、IF08是否熔断。⑤电子换档开关供电电源检测。将点火开关打至OFF档，将蓄电池负极拆下90s以上，断开变速杆线束插接器IP53b，连接蓄电池负极，测量IP53b的端子1与车身搭铁电压，应为11~14V，否则检查IP53b的端子1与熔丝IF08间线路电阻，电阻应小于10Ω，将点火开关打至ON档，测量IP53b的端子2与车身搭铁电压，应为11~14V，否则检查IP53b的端子2与熔丝IF23间线路电阻。电阻应小于1Ω。⑥检查VCU与电子换档开关间线路。将点火开关打至OFF档，将蓄电池负极拆下90s以上，断开变速杆线束插接器IP53b，从VCU上断开线束插接器CA66，测量IP53b/3与CA66/20之间电阻，应小于1Ω。⑦检查BCM与电子换档开关间线路。断开BCM插接器IP21a，测量IP53b的端子6与IP21a端子34之间电阻，应小于1Ω。⑧检查电子换档开关搭铁。测量IP53b的端子10与搭铁之间电阻，电阻应小于1Ω。⑨检测电子换档开关与VCU的PCAN线路，应导通，电阻应小于1Ω。【学生】通过实际操作，学习如何检测和修复这些故障，确保上电过程的顺利进行。【教师】总结本节课的关键知识点，强调高压上电与下电控制策略的重要性，并鼓励学生在实际操作中注意安全。【学生】通过本节课的学习，应能够掌握吉利EV450高压上电与下电的控制策略，了解故障诊断的基本方法，并能够在实际工作中进行有效的故障排除。实践应用【教师】扫码播放“动力蓄电池故障认知”视频，然后带领学生到