汽车基础及其维修 1

项目二动力电池与管理系统任务一动力电池的结构与工作原理任务二动力电池管理系统任务三充电系统任务四电源系统故障维修任务一动力电池的结构与工作原理学习目标0301识别动力电池类型02理解工作原理03掌握成组方式04完成基础检测任务一动力电池的结构与工作原理动力电池的学习路径04认识对象动力电池类型解释原理结构与充放电读取证据检测与判断→→任务一动力电池的结构与工作原理动力电池的分类05化学电池锂离子镍氢铅酸车用动力来源以锂离子为主物理电池超级电容飞轮储能辅助或特定场景生物电池前沿研发尚未普及了解技术方向任务一动力电池的结构与工作原理常见化学电池的性能比较06类型能量密度Wh/kg单体电压V安全性理论循环次镍氢70～1001.2好1000磷酸铁锂100～1103.2好1500～2000三元锂2003.7较差2000固态电池300～5003.2～5.0非常好4000固态电池在教材表中标为实验研发任务一动力电池的结构与工作原理镍氢电池的结构07镍氢电池结构正极氢氧化镍负极储氢合金电解液氢氧化钾单体标称1.2V任务一动力电池的结构与工作原理镍氢电池的充放电过程08镍氢电池结构充电氢离子向负极移动储氢合金吸附放电储氢合金释放氢电子形成电流任务一动力电池的结构与工作原理锂离子电池的五大部件09锂离子电池结构01正极决定容量与电压02负极主要为石墨03隔膜通离子、隔电子04电解液传输锂离子05外壳封装与保护任务一动力电池的结构与工作原理封装形式与正极材料10按封装外形按正极材料圆柱形方形软包磷酸铁锂LFP三元锂NCM/NCA封装形式与正极材料是两个不同的分类维度任务一动力电池的结构与工作原理充电时的离子与电子路径11锂离子电池结构充电Li⁺正极→负极电子正极→负极离子走内部电子走外部任务一动力电池的结构与工作原理放电时的离子与电子路径12锂离子电池结构放电Li⁺负极→正极电子负极→正极电子经负载输出电能任务一动力电池的结构与工作原理锂离子电池的主要优势13高能量密度高工作电压低自放电率无记忆效应质量较轻任务一动力电池的结构与工作原理锂离子电池的局限与安全风险14热失控过充、短路、高温、损伤温度敏感高温加速老化低温降低性能深度放电极低电压可能导致不可逆损伤BMS保护监测并控制电池状态任务一动力电池的结构与工作原理现代电池技术：教材图示15CTP3.0刀片电池躺式电芯4680电池任务一动力电池的结构与工作原理电芯集成方式16传统模组电芯→模组→电池包CTP电芯直接集成为电池包CTB/CTC进一步与车身结构集成任务一动力电池的结构与工作原理固态电池与传统锂离子电池17固态电池与传统锂离子电池液态电解质设置隔膜固态电解质技术仍在研发任务一动力电池的结构与工作原理固态电池：参数与研发目标18性能表数据300～500Wh/kg3.2～5.0V理论循环4000次正文所述研发目标400Wh/kg充电10分钟续航500km任务一动力电池的结构与工作原理拓展阅读：氢燃料电池工作原理19氢燃料电池工作原理氢气+氧气电化学反应输出电能与水任务一动力电池的结构与工作原理物理电池：超级电容与飞轮电池20超级电容高功率超长循环寿命能量密度较低飞轮电池电能↔旋转动能快速响应待机能量损耗较大任务一动力电池的结构与工作原理单体、模块与电池包21单体Cell电池基本单元模块Module若干单体组合电池包Pack满足整车需求→→任务一动力电池的结构与工作原理串联连接：主要增加电压22串联连接10个单体×3.7V总电压=37V正极接下一单体负极，各单体电压相加任务一动力电池的结构与工作原理并联连接：主要增加容量23并联连接10个单体×100Ah总容量=1000Ah正极相连、负极相连，总电压与单体相同任务一动力电池的结构与工作原理结构特性与管理要求24结构特点管理要求多单体串并联关注连接与一致性有机电解液易燃防止热失控性能受温度影响监测电压、温度与电流高压电气系统绝缘与连接检查任务一动力电池的结构与工作原理动力电池检测流程25安全准备→识别→测量→记录→判断按任务工单实施，并依据车型技术资料核对结果任务一动力电池的结构与工作原理实训前安全准备26场地与设备清洁、通风；工具和仪器完好个人防护绝缘手套、护目镜、绝缘鞋应急准备熟悉安全出口与应急设备作业边界严禁水源靠近设备任务一动力电池的结构与工作原理识别与高压下电2701识别电池类型、结构、BMS与连接02读取诊断故障码与系统状态03高压下电下电、拔维修开关、等待放电04安全拆卸按车型规范使用举升与支撑装置任务一动力电池的结构与工作原理动力电池基础检测28外观破损、渗漏、鼓包电压按测点记录实测值内阻按设备要求测量绝缘对照车型技术参数发现漏电或鼓包：立即停止使用并标记任务一动力电池的结构与工作原理记录、判断与安装复核29记录测点、仪器、单位电池状态与实测值判断对照车型参数分析异常数据复核按规定安装检查连接与功能数据和判断都要有明确对象、条件与依据任务一动力电池的结构与工作原理任务一知识总结30结构五大部件→原理离子内部电子外部→连接串联增压并联增容→检测记录数据依据资料判断任务一动力电池的结构与工作原理课堂检测：结构、原理与连接3101指出锂离子电池隔膜及其作用。02比较充、放电时离子与电子的路径。03用10个单体示例说明串联、并联的变化。先同桌互指结构图，再口头作答任务一动力电池的结构与工作原理任务二动力电池管理系统任务三充电系统任务四电源系统故障维修任务二动力电池管理系统任务二动力电池管理系统33BMS监测、估算、控制与保护任务二动力电池管理系统学习目标3401认识三种拓扑02说清BMS功能03解读状态数据04完成基础检测任务二动力电池管理系统任务导入35为什么动力电池需要BMS？SOC估算为什么重要？均衡管理如何影响寿命？任务二动力电池管理系统BMS的定义与作用36对动力电池进行安全监控和有效管理安全监测和保护动力电池效率有效控制充放电寿命延长使用寿命任务二动力电池管理系统BCU、BMC与动力电池37动力电池›BMC检测回路›BCU控制单元三者的结构关系决定BMS拓扑类型任务二动力电池管理系统一体式BMS38一体式BMS实物与结构BCU与BMC集成小容量、单电池箱占用空间小采集线束复杂任务二动力电池管理系统主从式BMS39主从式BMS结构BCU与多个BMC同一个电池箱内模块可独立维修扩展性仍较弱任务二动力电池管理系统分布式BMS40分布式BMS结构BCU与BMC分箱经CAN通信适合多电池箱线束较少任务二动力电池管理系统三种拓扑对照41类型BCU与BMC适用车型主要特点一体式集成在一起小容量、单箱成本低，线束复杂主从式分离；同箱中容量、单箱模块便于维修分布式分离；不同箱大容量、多箱CAN通信，线束较少比较位置、通信与维护特点任务二动力电池管理系统BMS功能总览42教材BMS功能简图任务二动力电池管理系统BMS基础功能43采样电压、电流、温度保护过压/过流/过温绝缘监测执行与通信继电器驱动状态/粘连检测CAN通信V/I/T分别对应电压、电流和温度任务二动力电池管理系统BMS核心功能44电芯均衡SOC荷电状态SOH健康程度SOP功率SOE能量任务二动力电池管理系统BMS应用相关功能45车辆状态充电和热管理碰撞信号预充唤醒与休眠交、直流充电充电器状态加热和冷却需求BMS还与VCU保持通信任务二动力电池管理系统电池状态监测46电压单体与总电压温度电池温度点电流充放电电流BMC采集数据，BMS据此监测电池状态任务二动力电池管理系统BMS的CAN通信47电池管理系统CAN总线通信VCU充电机其他模块任务二动力电池管理系统SOC：剩余电量的表示48SOC=剩余可放电电量/完全充电状态电量用百分数表示估算时要说明初始状态、容量和电流条件任务二动力电池管理系统SOC估算：安时积分法49初始SOC›电流与时间›容量变化›当前SOC容量变化占总容量的比例用于修正初始SOC任务二动力电池管理系统SOC估算：开路电压法50电芯OCV-SOC曲线测OCV查对应曲线估算SOC任务二动力电池管理系统充电温度控制510℃～55℃低温风险高温风险析锂隔膜受损与短路风险副反应加快热失控风险上升任务二动力电池管理系统低温充电加热过程52检测温度›低于0℃加热›各点高于5℃停止›进入充电教材描述：加热时4～6A；充电时12～13A任务二动力电池管理系统整车绝缘检测53整车绝缘电阻检测总线正极、负极分别对车身地测等效绝缘电阻任务二动力电池管理系统漏电分级与处置54等效绝缘电阻状态教材所列措施R＞500Ω/V正常无100Ω/V＜R≤500Ω/V一般漏电报警仪表提示动力系统故障R≤100Ω/V严重漏电报警行驶断主、负接触器；停车禁止上电；充电断交流接触器以表2-2为本页判定依据；边界值疑点保留核查任务二动力电池管理系统电流传感器与分流器55电流传感器与分流器检测充放电电流分流器：小阻值电流通过形成压降任务二动力电池管理系统为什么需要均衡管理56长期使用›单体差异›续航受影响›均衡调节目标：维持动力电池一致性任务二动力电池管理系统能量转移型均衡57电容能量均衡管理把多余能量转移给电量较低的单体教材指出：电路与控制复杂，设计成本较高任务二动力电池管理系统能量耗散型均衡58电阻能量均衡管理单体并联电阻多余电量转为热量低成本，但均衡电流和发热受限制任务二动力电池管理系统两种均衡方式对照59比较点能量转移型能量耗散型方式电感/电容转移能量并联电阻放电能量表现不额外耗散均衡能量以热量形式释放教材提示控制复杂、成本高成本低、受发热限制先判断能量去向，再区分两种均衡方式任务二动力电池管理系统BMS故障诊断60采集数据›分析性能›发出警告›查明原因电压、温度、电流、绝缘值与充放电次数任务二动力电池管理系统电池热量管理61温度对蓄电池的影响理想工作温度约25℃低温下容量和性能受到影响任务二动力电池管理系统实训前准备62个人防护场地与设备绝缘手套护目镜、绝缘鞋熟悉应急设备清洁、通风诊断仪、万用表示波器状态完好按教师安排和车型技术资料实施任务二动力电池管理系统BMS识别与数据读取63识别部件›连接诊断仪›读取数据›记录分析SOC、单体电压和温度是工单要求的主要数据任务二动力电池管理系统高压下电与BCU拆卸64关闭点火›断低压负极›拔MSD›等待并测压教材工单示例：等待10分钟，母线电压≤36V后再拆卸BCU实际作业必须遵循具体车型维修手册与安全许可任务二动力电池管理系统BCU安装与功能验证65按标记连接›对角紧固›恢复连接›诊断验证按教材工单恢复电缆和MSD，并核查连接、通信状态、故障码与运行状态任务二动力电池管理系统BMS关键电路检测66供电测BCU供电检查保险丝CAN通信断电测电阻上电看波形采集电路检查端子通断测温度传感器电阻实测值应与对应车型标准值比较任务二动力电池管理系统SOC显示异常的排查67读取故障码›比较单体电压›检查BCU通信›分析可能原因记录现象、数据、依据和判断结果任务二动力电池管理系统任务二知识总结68采集›估算›控制›保护›诊断能识别拓扑，能读懂数据，能按规范检测任务一动力电池的结构与工作原理任务二动力电池管理系统任务三充电系统任务四电源系统故障维修任务三充电系统任务三充电系统70交流充电/直流充电从充电路径看控制与安全任务三充电系统学习目标71识别充电接口与系统部件解释CC-CV和交直流充电路径操作规范插拔、观察并记录状态先识别对象，再理解控制，最后完成实训任务三充电系统充电系统的三种方式72交流充电OBC在车上完成电能变换直流充电桩端完成电能变换换电更换已充电电池包先区分电能在哪里变换，再看接口和控制逻辑任务三充电系统动力电池充电曲线73图2-19充电电压与电流变化任务三充电系统低电压预充阶段74图2-19预充段小电流恢复性充电电芯电压过低时先保护内部化学结构教材并列写出2.7V/3.0V，适用条件待核查任务三充电系统恒流充电阶段75图2-19恒流段设定电流电压上升SOC增加任务三充电系统恒压充电阶段76图2-19恒压段控制电压电流逐渐减小达到截止阈值结束任务三充电系统交流充电能量路径77交流电源›交流接口›车载充电机›动力电池交流充电插孔任务三充电系统交流充电系统组成78供电设备›交流接口›OBC›PDU›高压线束交流充电接口采用教材所示7孔端子任务三充电系统交流充电插孔79图2-20交流充电插孔与端子任务三充电系统交流充电参数80单相交流三相交流220V常见功率3.3kW、7kW380V常见功率11kW、22kW实际充电功率受OBC、供电设备和车辆配置限制任务三充电系统直流充电能量路径81交流电网›桩端功率变换›直流充电接口›动力电池直流充电插孔任务三充电系统直流充电插孔82图2-21直流充电插孔与端子任务三充电系统直流充电特点83功率教材列60～240kW电流教材列60～250A时间15～30min约30%至80%大功率时BMS可请求热管理系统介入任务三充电系统车载充电机的功能84交流输入›电能变换›高压直流输出同时承担通信、连接确认与安全保护任务三充电系统OBC与BMS、VCU通信85BMS读取电池状态调整充电电压与电流OBC上报状态、参数与故障VCU接收启停充电命令教材指出通过高速CAN网交互任务三充电系统OBC保护与互锁86输入侧过压、欠压与过流输出侧过流与短路保护连接安全充电连接、充电互锁异常时及时切断供电，车辆启动受互锁条件约束任务三充电系统OBC外部接头87图2-22车载充电机外部接头任务三充电系统OBC接线关系88图2-23车载充电机接线图任务三充电系统OBC工作过程89信号检测›通信握手›功率变换›实时调节›安全输出控制单元根据BMS请求调节输出电压和电流任务三充电系统交流充电低压控制电路90图2-24CP与CC控制电路任务三充电系统CP电压对应的连接状态91未连接CP约+12V车辆连接CP约9V允许充电CP约6V电压变化用于状态识别，数值按教材电路讲授任务三充电系统PWM与CC的作用92CP上的PWMCC回路充电桩告知最大可提供电流确认连接状态监测线缆与保护条件教材对CC英文展开和具体检测功能需进一步核对任务三充电系统车载充电机功率变换93图2-25交流充电机工作流程任务三充电系统直流充电系统线束94图2-26直流充电系统线束任务三充电系统三合一控制器内部结构95图2-27三合一控制器内部结构任务三充电系统动力电池高压控制部件96图2-28动力电池高压控制部件任务三充电系统继电器烧结检测97图2-29V1、V2、V3检测位置三个检测点分别服务于不同的继电器状态判断任务三充电系统直流充电低压控制电路98图2-30直流充电低压控制电路任务三充电系统直流充电端子分组99连接确认CC1、CC2辅助与通信A+/A−、S+/S−CAN-H、CAN-L直流主回路DC+、DC−、PE图2-30中的信号标注与正文功能描述需对照核验任务三充电系统直流充电控制顺序100插枪确认›握手通信›主回路预充›接触器闭合›充电与结束这里的预充是高压主回路建立母线电压与电芯低电压恢复预充不是同一步骤任务三充电系统交流与直流充电对照101比较点交流充电直流充电电能变换位置车载充电机OBC车外充电桩车端输入交流电直流电主要控制CP/CC与OBCCC1/CC2、辅助电源、CAN与接触器两种方式都需连接确认、通信与安全保护任务三充电系统换电的基本方式102图2-31换电站示例取下车辆电池包换装已充电电池包任务三充电系统换电的优势与挑战103教材所列优势教材所列挑战补能时间短电池集中管理规格标准化建设和运营成本电池寿命差异教材所列3～5分钟是换电过程示例，不作统一承诺任务三充电系统充电实训前安全确认104人员与场地充电设备防护装备车辆静止、下电场地清洁干燥枪口和接口匹配无损伤与异物确认设备状态禁止带电插拔，禁止留人在车内任务三充电系统充电实训操作顺序105准备检查›插入充电枪›低压互锁通信›观察充电›结束后拔枪确认仪表显示“充电完成”后再按规定顺序操作任务三充电系统充电数据观察与记录106电压预充期间是否平稳上升电流恒流、恒压阶段的变化SOC与温度记录状态和异常提示出现异常温升或报警时停止操作并报告任务三充电系统任务三知识总结107接口›路径›控制›保护›操作能识别接口，能解释充电路径，能规范观察与操作任务一动力电池的结构与工作原理任务二动力电池管理系统任务三充电系统任务四电源系统故障维修任务四电源系统故障维修学习目标109识别动力电池常见故障检测读取故障码与关键数据判断提出处理方案并验证诊断前先落实高压安全要求任务四电源系统故障维修任务导入110续航下降关注单体一致性仪表报警检查绝缘与温度充电失败追查连接与控制条件先记录现象，再读取数据，最后定位部件任务四电源系统故障维修动力电池常见故障111一致性差容量、内阻与电压偏差绝缘失效高压回路对地绝缘异常温度异常冷却、采集或电芯问题任务四电源系统故障维修一致性与短板效应112单体差异›最弱电芯先受限›电池组性能下降对照电压、容量、内阻、寿命和温度特性任务四电源系统故障维修容量一致性113故障现象可能原因续航明显缩短充电过快显示满电放电时电量下降快电芯老化不均初始容量存在制造偏差任务四电源系统故障维修内阻一致性114现象排查线索大内阻电芯发热增加老化加快长期大倍率充放电环境温度差异教材写“单体内阻应小于10mΩ”，具体车型需核对技术资料任务四电源系统故障维修电压一致性115散热不均›电芯性能分化›单体压差增大›限制功率结合BMS数据流观察单体最高、最低电压任务四电源系统故障维修一致性检测数据116电压比较单体最高与最低值内阻识别偏大的单体容量结合续航与充放电表现检测结果应与故障码、温度数据交叉核对任务四电源系统故障维修绝缘故障现象与原因117故障现象可能原因绝缘或系统故障报警高压切断、车辆无法行驶电池箱体进水或受潮电芯漏液、线束破损监测电路异常任务四电源系统故障维修绝缘检测118断电›验电›测正极对车身›测负极对车身›记录与判断绝缘检测须在断电状态下进行任务四电源系统故障维修高温故障案例11955℃65℃数据流显示电池温度上升车辆进入限功率模式继续升温车辆高压切断55℃与65℃是教材案例数据，不能作所有车型统一阈值任务四电源系统故障维修高温故障排查120冷却液与水泵›温度传感器›BMS采集›电芯与连接排先核查冷却和信号，再判断电芯本体任务四电源系统故障维修单体电池故障处理121故障现象影响教材处理SOC偏低容量和续航下降单体单独充电容量不足动力与续航不足更换单体内阻偏大充电不足、寿命减少更换单体过充热失控风险检查BMS外部短路热失控风险排除短路、更换单体教材表2-3为故障对应关系，维修实施以维修手册为准任务四电源系统故障维修BMS与线路故障处理122故障类别后果或表现检查方向CAN通信监控异常CAN网络电压、温度采集数据无法监控测量模块冷却系统电池温度偏高风扇控制线路接触器与熔断器车辆无法起动接触器、熔断器电池连接、插接件与线束故障也应纳入检查任务四电源系统故障维修BMS故障等级123轻微报警中等报警、限功率严重报警、切断教材提示：一级、二级、三级的编号可能因企业而异任务四电源系统故障维修软切断与硬切断124软切断硬切断非紧急严重故障先通知受控部件功率降至0再切断主回路紧急严重故障BMS采用硬件级切断处理优先级最高任务四电源系统故障维修任务工单检测顺序125读取故障码›记录SOC与温度›一致性检测›绝缘检测›BMS功能验证记录原始数据，处理后复位并验证故障是否消除任务四电源系统故障维修维修安全与验证126作业前防护装备车辆下电检测中绝缘检测断电禁止短接和带电插拔处理后复位故障码检查仪表与功能更换与修复按对应车型维修手册实施任务四电源系统故障维修高压主回路预充127上电请求›预充回路导通›母线电压上升›达到电池电压90%以上这里是高压母线预充，区别于任务三的电芯低电压预充任务四电源系统故障维修预充失败排查128预充电阻20～120Ω预充继电器检查是否正常动作线路接触核对连接与输出电压预充电阻为短时工作元件，禁止反复开关点火开关任务四电源系统故障维修交流充电的电气许可129连接CC、CP信号正常供电BMS供电12V唤醒电压12V通信OBC、VCU与BMS通信正常高低压连接和继电器状态也需确认任务四电源系统故障维修交流充电的电池许可130电芯温度0～55℃一致性压差<0.3V温差<15℃绝缘>500Ω/V这些数值按教材列示，具体车辆以维修资料为准任务四电源系统故障维修交流充电控制电路131图2-32交流充电系统控制电路按“未连接、已连接不充电、充电中断”分流诊断任务四电源系统故障维修CP电阻与电压132图2-