新能源汽车电气技术1项目一--新能源汽车电源系统课件

2024/7/20新能源汽车电气技术新能源汽车技术专业职业教育创新规划教材新能源汽车技术专业职业教育创新规划教材2023/8/15新能源汽车电气技术 新能源汽车技术专业职业2024/7/20新能源汽车电源系统新能源汽车充电系统新能源汽车暖风与空调系统新能源汽车制动系统项目一项目二项目三项目四项目五新能源汽车其他辅助系统绪论2023/8/15新能源汽车电源系统新能源汽车充电系统新能源 项目一新能源汽车电源系统 项目一 新能源汽车电源系统项目一项目一 新能源汽车电源系统新能源汽车电源系统 本项目的主要内容为新能源汽车电源系统的认知和检修，分为2个任务：任务1 新能源汽车电源系统认知；任务2 新能源汽车电源系统检修。通过2个任务的学习，熟悉新能源汽车12V电源系统的作用以及结构组成，掌握12V电源系统相关部件的检修方法。项目一 新能源汽车电源系统 本项目的主要内容为任务1新能源汽车电源系统认知提出任务 有人说，既然插电式混合动力汽车和纯电动汽车上有动力电池，那就没必要再装传统汽车的12V低压蓄电池，你认为他说得对吗？任务1 新能源汽车电源系统认知提出任务任务1新能源汽车电源系统认知任务要求知识要求 1能够描述新能源汽车12V电源系统与传统汽车的区别；2能够描述DC/DC转换器的功能与工作原理；3能够描述新能源汽车12V蓄电池的特点。能力要求 能够介绍新能源汽车12V电源系统的特点与组成部件。任务1 新能源汽车电源系统认知任务要求任务1新能源汽车电源系统认知相关知识 1新能源汽车12V电源系统与传统汽车的区别 传统燃油汽车的电源是蓄电池和发电机，发动机未起动或起动时由蓄电池供电，起动以后则由发电机供电，同时为蓄电池充电。电动汽车的电源分为主电源和辅助电源。主电源为驱动汽车行驶的高压电源；辅助电源（低压的铅蓄电池）是为车载各种仪表、控制系统供电的直流低压电源。电动汽车电源模块是整个系统稳定运行的保障。电源的可靠性对于整个系统的性能起着至关重要的作用。电动汽车设计和选择电源时要考虑配电方案、布局、搭铁回路等，以实现对负载良好的供电，达到高电压调整精度、低噪声，同时避免系统中电路之间的干扰、振荡以及过热等问题的出现。以北汽电动汽车为例，辅助电源DC/DC模块框图，如图1-1-1所示。任务1 新能源汽车电源系统认知相关知识任务1新能源汽车电源系统认知图1-1-1 辅助电源DC/DC模块框图 任务1 新能源汽车电源系统认知图1-1-1 辅助任务1新能源汽车电源系统认知 传统燃油汽车的交流发电机利用发动机的旋转发电，发出的电能提供给用电器并为蓄电池充电。混合动力汽车及电动汽车采用DC/DC转换器之后，可省去交流发电机。电动汽车的动力电池容量很大。因此，以动力电池为电源，能够利用DC/DC转换器为低压蓄电池充电，从而可以省去原来的交流发电机，如图1-1-2所示。图1-1-2 DC/DC转换器为蓄电池充电 任务1 新能源汽车电源系统认知 传统燃任务1新能源汽车电源系统认知 新能源汽车12V电源系统与传统汽车的区别，如图1-1-3所示。图1-1-3 新能源汽车12V电源系统与传统汽车的区别 任务1 新能源汽车电源系统认知 新能源任务1新能源汽车电源系统认知 传统燃油汽车，当发动机转速低时，如果同时使用空调、音响及车灯等，有时“电池的电量会用尽”。即使发动机仍在运行，有些条件下（如用电器全开）也会出现电力不足现象。而混合动力汽车和电动汽车使用动力电池和DC/DC转换器，便可不必考虑发动机的转速而使用电力。混合动力汽车和电动汽车理论上可以省去低压蓄电池，但实际上还是将其保留，如图1-1-4所示。这样做主要有两个原因：一是保留低压蓄电池更能够降低车辆的成本，二是确保电源的冗余度。任务1 新能源汽车电源系统认知 传统燃任务1新能源汽车电源系统认知图1-1-4 混合动力汽车DC/DC转换器为蓄电池供电图 任务1 新能源汽车电源系统认知图1-1-4 混合任务1新能源汽车电源系统认知 蓄电池能在短时间内向空调、刮水器及车灯等释放大电流。如果省去蓄电池而将高压动力电池的电力用于空调及刮水器等，DC/DC转换器的尺寸势必就要增大，从而使整车成本增加，蓄电池价格便宜，因此，目前将蓄电池取消在成本上没有优势。蓄电池还具有确保向辅助类电器供电的冗余度的作用。DC/DC转换器出现故障停止供电时，如果没有蓄电池，辅助类电器就会立即停止运行。如夜间车灯不亮、雨天刮水器停止运行等，将会影响驾驶。如果有蓄电池，便能够将汽车就近开到家里或者工厂。部分混合动力车型，发动机保留了发电机，低压电器系统由12V蓄电池、DC/DC和发电机三个电源共同提供，如图1-1-5所示是比亚迪秦的低压电源系统。任务1 新能源汽车电源系统认知 蓄电池任务1新能源汽车电源系统认知图1-1-5 比亚迪秦的低压电源系统 任务1 新能源汽车电源系统认知图1-1-5 比亚任务1新能源汽车电源系统认知 2DC/DC转换器的功能与工作原理 1）DC/DC转换器的功能 如前所述，DC/DC转换器是新能源汽车一个非常重要的部件。DC/DC到底是什么呢？将一个不受控制的输入直流电压转换成为另一个受控的输出直流电压，称为DC/DC转换。目前，DC/DC转换器在计算机、航空、航天、水下航行器、汽车、通信及电视等领域得到了广泛的应用，同时这些应用也促进了DC/DC转换技术的进一步发展。DC/DC转换器，如图1-1-6所示。DC/DC转换器在汽车上的应用可以这么理解，在传统的燃油汽车中，发动机装上发电机给车上的设备供电，那么新能源汽车中的DC/DC转换器就是取代了传统燃油汽车中的发电机，将动力电池的高压直流电转化为整车低压12V直流电，给整车用电系统供电及为铅酸蓄电池充电。任务1 新能源汽车电源系统认知 2D任务1新能源汽车电源系统认知图1-1-6 DC/DC转换器 任务1 新能源汽车电源系统认知图1-1-6 DC任务1新能源汽车电源系统认知 以下以比亚迪秦混合动力汽车为例，介绍DC/DC转换器的功能。比亚迪秦DC/DC转换器与驱动电机控制器安装在一起，如图1-1-7所示。图1-1-7 比亚迪秦DC/DC转换器位置（与驱动电机控制器一体）任务1 新能源汽车电源系统认知 以下以任务1新能源汽车电源系统认知 （1）在纯电模式下，DC/DC转换器的功能替代了传统燃油汽车挂接在发动机上的12V发电机，和蓄电池并联给各用电器提供低压电源。DC/DC转换器在高压（500V）输入端接触器吸合后便开始工作，输出电压标称13.5V。（2）发动机原地起动，发电机发出13.5V直流电，经过DC/DC升压转换成500V直流电给动力电池包充电。如图1-1-8所示是DC/DC转换器的控制原理框图。任务1 新能源汽车电源系统认知 （1）任务1新能源汽车电源系统认知图1-1-8 DC/DC转换器控制原理框图 任务1 新能源汽车电源系统认知图1-1-8 DC任务1新能源汽车电源系统认知 2）DC/DC转换器的类型 目前，在新能源汽车中DC/DC转换器有三种类型：（1）高低压转换器（辅助功率模块）此模块主要作用是取代传统燃油汽车的12V发电机，在混合动力车辆中，发动机输出的动力直接驱动高压继电器直接给电池系统补充电力，传统的12V用电负荷就完全依靠DC/DC供给，功率范围从12.2kW。（2）12V电压稳定器 12V电压稳定器主要用在部分起停（start-stop）系统，在起动中避免电压波动对一些敏感的负载造成影响或损坏，例如用户可见的负载，车内照明、收音机和显示屏等，电压稳压器的功率等级随着用电器负荷而定，一般是200400W。任务1 新能源汽车电源系统认知 2）D任务1新能源汽车电源系统认知 （3）高压升压器 为了提高动力系统的效率，选用一个升压器来提高逆变输入的电压（图1-1-9），这个部件是动力总成的一部分，集成在动力总成中。如果采用锂电池作为动力电池，那么升压器就是一个十分重要的部分。图1-1-9 高压升压器 任务1 新能源汽车电源系统认知 （3）任务1新能源汽车电源系统认知 3新能源汽车12V蓄电池的特点 1）12V低压蓄电池的特点与类型 无论是传统汽车、混合动力汽车，还是纯电动汽车，都离不开蓄电池。蓄电池是将化学能直接转化成电能的一种装置，并且可以通过可逆的化学反应实现再充电。蓄电池已有100多年的历史，广泛用作燃油汽车的起动动力电源。蓄电池也是成熟的电动汽车动力电源，它可靠性好、原材料易得、价格便宜；比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。但蓄电池有两大缺点：一是比能量低，所占的质量和体积太大，且一次充电行驶里程较短；另一个是使用寿命短，使用成本高。以常见的铅酸蓄电池为例，采用填满海绵状铅的铅基板栅（又称格子体）作负极，填满二氧化铅的铅基板栅作正极，并用密度1.261.33g/mL的稀硫酸作电解质。铅酸蓄电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，生成硫酸铅；二氧化铅是正极。任务1 新能源汽车电源系统认知 3新任务1新能源汽车电源系统认知 发生还原反应，生成硫酸铅。铅酸蓄电池能反复充电、放电，在用直流电充电时，两极分别生成单质铅和二氧化铅。移去电源后，又恢复到放电前的状态，组成化学电池。常见的蓄电池单体电压是2V，可以由一个或多个单体构成电池组。如汽车上用的蓄电池（俗称电瓶）是6个铅酸蓄电池单体串联成的12V电池组，如图1-1-10所示。常用的12V蓄电池主要分为四类，分别为普通蓄电池、干荷蓄电池、湿荷蓄电池和免维护蓄电池，而目前为止汽车上使用的基本都是免维护电池。图1-1-10 汽车上的12V蓄电池 任务1 新能源汽车电源系统认知 发生还任务1新能源汽车电源系统认知 2）新能源汽车蓄电池的特点 新能源汽车，特别是纯电动汽车，12V蓄电池不需要给起动机提供起动时的大电流，因此其容量变小，此外它的结构和类型也与传统汽车有所区别。从图1-1-11上可以看出，比亚迪秦12V蓄电池与传统汽车用的蓄电池主要区别是：图1-1-11 比亚迪秦12V蓄电池 任务1 新能源汽车电源系统认知 2）新任务1新能源汽车电源系统认知 （1）用于发动机的起动正极与其他用电器的供电正极分开了。（2）蓄电池内部具有智能控制模块（BMS），用于对蓄电池进行智能控制，例如蓄电池电压低时，关闭多媒体系统的电源。如图1-1-11所示是比亚迪秦12V蓄电池的外形，图1-1-12是蓄电池的注意事项说明，图1-1-13是BMS功能之一，当蓄电池电压低时，多媒体系统关闭。图1-1-12 比亚迪秦12V蓄电池注意事项说明 任务1 新能源汽车电源系统认知 （1）任务1新能源汽车电源系统认知图1-1-13 BMS在系统电压低时关闭多媒体 任务1 新能源汽车电源系统认知图1-1-13 B任务1新能源汽车电源系统认知任务实施 1工作准备 （1）防护装备：常规实训着装。（2）车辆、台架、总成：比亚迪E6/荣威E50/北汽EV160纯电动汽车；比亚迪秦/普锐斯混合动力汽车；或其他同类新能源汽车。（3）专用工具、设备：无。（4）手工工具：无。（5）辅助材料：无。任务1 新能源汽车电源系统认知任务实施任务1新能源汽车电源系统认知 2实施步骤 根据实训室的车辆配置，识别新能源汽车12V低压电源系统，注意其安装位置、作用、组成以及与传统汽车的区别。1）典型纯电动汽车电源系统的特点与组成部件认知 （1）比亚迪E6 12V电源系统。（2）荣威E50 12V电源系统。（3）北汽EV160 12V电源系统。2）典型混合动力汽车电源系统的特点与组成部件认知 （1）比亚迪秦 12V电源系统。（2）丰田普锐斯 12V电源系统。任务1 新能源汽车电源系统认知 2实任务1新能源汽车电源系统认知拓展知识 1早期的混合动力汽车DC/DC拓扑结构 全桥电路的使用在早期大功率设备里非常常见，在纯电动汽车中也可以应用。全桥电路在较宽的范围内都有比较好的稳定特性，但是控制比较复杂，需要用到较多的MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和驱动单元。驱动光耦合智能功率模块（IPM）的结合应用，如图1-1-14所示。任务1 新能源汽车电源系统认知拓展知识任务1新能源汽车电源系统认知图1-1-14 驱动光耦合智能功率模块（IPM）的结合应用 任务1 新能源汽车电源系统认知图1-1-14 驱任务1新能源汽车电源系统认知 ACPL-K43T为采用八引脚微型封装的单通道耐高温、高CMR（共模抑制）、高速数字车用级IPM光电耦合器，专门用于汽车。ACPL-K44T为ACPL-K43T的同类双通道光电耦合器。两款产品均采用扩展型SO-8封装结构，符合8mm的电气间隙和爬电距离要求，设计上兼容标准的表面贴装工艺。ACPL-K4XT内部图和管脚定义，如图1-1-15所示。图1-1-15 ACPL-K4XT内部图和管脚定义 任务1 新能源汽车电源系统认知 ACP任务1新能源汽车电源系统认知 这款数字IPM光电耦合器在发光二极管与集成型光子探测器之间设置绝缘层，为输入和输出电路提供电气绝缘。光电二极管偏置电路与输出晶体管集电极的单独接线，可以通过降低基极到集电极电容，将速度提高至传统光晶体管耦合器的百倍以上。ACPL-K43T和ACPL-K44T IPM光电耦合器的共模瞬变抑制能力在扩展级温度范围内有所提高，可确保其在VCM1500V时至少达到30kV/s典型值。其典型应用电路，如图1-1-16所示。图1-1-16 典型应用电路 任务1 新能源汽车电源系统认知 这款数任务1新能源汽车电源系统认知 ACPL-K44T采用双路设计，一个ACPL-K44T可以有两路驱动信号，为布板带来了便利，降低了成本。它们的主要特点：40125高温度范围和可靠的低速度，超低的驱动电流为0.8mA或1.5mA，在1500V时具有30kV/S高共模抑制，通过AECQ100一级测试，最高传输速度为1MBd，在10mA时超低的传输时延，最大为1s，世界范围内的安全认证；另外，在外围电路上不需要较多的元器件，成本上有较大的降低，同时还有多路产品的选择，一个芯片可以支持上下管的逻辑开关，成本和PCB（印刷电路板的布局上）有很多便利。对于产量日益增加的新能源汽车，以及对其核心部件的要求越来越严格、成本要求越来越低廉，ACPL-K43T/K44T作为DC/DC的IPM驱动，在应用上具有极大的优势。任务1 新能源汽车电源系统认知 ACP任务1新能源汽车电源系统认知 2合理选择DC/DC转换器的外部元件实现稳定和高效的工作 过去数十年来，电子产品的发展可谓一日千里。以个人通信设备为例，由最初的奢侈品到现在的广泛普及，电子产品无论从质量、体积还是效率，都发生了翻天覆地的变化。但是不论电子产品变化多快，种类多么繁多，电源这一电子产品的“动力”装置，往往很容易被很多电子工程师所忽视。下面便以MAX8640Y/Z为例，重点阐述如何选取DC/DC转换器外围器件以及电路设计的注意事项。任务1 新能源汽车电源系统认知 2合任务1新能源汽车电源系统认知 1）DC/DC转换器的选择 当今电子设备正朝更轻、更薄、更小巧的方向发展，采用小型封装，例如SOT23、TDFN或者SC70等封装的器件正越来越受到设计人员的青睐。对于DC/DC转换器而言，其工作频率越高，所要求的外部元件，比如电感以及电容值就越低，尺寸就越小。但MOSFET的开关损耗也与开关频率成正比。因此，选择的开关频率应该折中考虑物理尺寸和转换效率。以MAX8640Y/Z为例，该系列器件采用SC70封装，工作在4MHz/2MHz的开关频率下，能够在500mA的输出电流下保证高效率。该器件适合用于为微处理器或DSP内核供电，或者用于I/O供电。所采用的SC70封装仅为2mm2.1mm，是业界尺寸最小的解决方案。任务1 新能源汽车电源系统认知 1）D任务1新能源汽车电源系统认知 2）转换器外围器件的选取以及布局 这里包括输出电感值的选择、电感类型的选择、续流二极管的选择（对于非同步整流转换器而言）、输入/输出电容的选择。（1）电感的选择 对于便携设备来说，电感所占的空间往往最大，同时也增加了开关调节器的成本。电感值越小，电感的物理尺寸就越小，瞬态响应就越快，但同时也将产生较大的纹波电流，从而降低调节器的效率，也使输出电压的纹波变大。理论上，最小的电感值应使电路工作在临界传导状态，即负载电流最大时电感电流在每个周期正好回零。实际应用中，通常结合LIR（电感纹波电流与设计的最大负载电流之比）、输入/输出电压、工作频率以及最大负载电流选择电感值。通常建议LIR取值为20%50%，可以参考式（1）选择电感的值。任务1 新能源汽车电源系统认知 2）转任务1新能源汽车电源系统认知 另外，除了电感值，电感的类型也是优化电路设计所必须考虑的一个关键所在，这也是手机制造商成本的关键所在。以目前手机中常用的绕线电感和叠层电感为例，叠层电感相比绕线电感而言，具有较大的成本优势，且尺寸上比绕线电感要小50%以上。另外，在满足尺寸和电感值要求的前提下，应选择电感直流阻抗尽可能小的电感，以降低电感的直流损耗。任务1 新能源汽车电源系统认知 另外，任务1新能源汽车电源系统认知 此外，电感磁芯材料也是选择电感时应该加以考虑的重要因素。常用的磁芯材料分为两大类，一类是粉状磁芯，以铁粉芯、High Flux高磁通磁粉芯以及Kool M为代表；另一类是铁氧体磁芯。两种磁芯材料各有优缺点，设计人员在选择的时候，应根据成本、性能、尺寸等因素综合考虑。相对粉状磁芯电感，铁氧体磁芯的电感具有较低的磁芯损耗，同时具有较高的开关频率，因此，铁氧体磁芯通常是此类应用的最佳选择。当然，铁粉磁芯也有其优越性，例如铁粉磁芯的成本相对铁氧体要低得多；另外，粉状磁芯的电感随着流过电感的直流偏置电流的变大要下降得缓慢些，相当于具有“软”饱和特性，而铁氧体磁芯的电感值在饱和以后就会迅速下降，因此在设计的时候需要留有更多的余量，防止电感出现饱和。任务1 新能源汽车电源系统认知 此外，任务1新能源汽车电源系统认知 （2）输出电容的选择 选择输出电容时应考虑两点：一是输出的电容值；二是输出电容的等效串联电阻（ESR）。电容应具有一定的容值，以确保输出的稳定。ESR必须足够低，以降低输出电压的纹波，可参考公式（2）。输出电容的ESR大小取决于能接受的输出纹波电压。降压控制器的纹波电压大小大约等于输出电容的ESR乘以电感的纹波电流。实际选取电容时，除了与满足低ESR要求所需要的物理尺寸有关外，还与电容器的化学类型有关。因此，通常在选择电容时，首先应考虑的是ESR和额定电压值，而不是容值的大小（这一原则是用于钽、OS-CON和其他类型的电解电容）。任务1 新能源汽车电源系统认知 （2）任务1新能源汽车电源系统认知 同时，电容的ESR还不能太低，必须保证ESR足够高以满足稳定性的要求，还应保证ESR零点远低于开关频率。鉴于陶瓷电容的低ESR特性，很多应用中都推荐使用。（3）输入电容的选择 输入电容可以降低电源侧的电流尖峰以及IC（集成电路）的开关噪声。输入电容的阻抗应尽可能小。建议采用陶瓷电容，因为陶瓷电容具有很小的尺寸以及很低的ESR。（4）整流二极管 对于非同步整流的DC/DC转换器，整流二极管的压降上将产生比较大的功率损耗，因此，为了提高效率，应该选择具有超低正向压降的肖特基二极管。任务1 新能源汽车电源系统认知 同时，任务1新能源汽车电源系统认知 图1-1-17所示为MAX8640Z针对手机应用中SDRAM（同步动态随机存储器）供电的应用电路，该电路设计能够输出1.8V电压，可提供100mA的最大输出电流。电容选择Taiyo Yuden的LB1608T1R0M或LBMF1608T1R0M，输入/输出电容选择TDK的C1005X5R0J105K，所有器件所占的总面积：2mm2.1mm（SC70的尺寸）1.6mm0.8mm（电感的尺寸）21.0mm0.5mm（输入/输出电容的尺寸）6.48mm2，比现有解决方案节省超过25%的面积。DC/DC转换器的外围元件选取，直接关系到电路的电气性能（包括电压输出纹波、输出带载能力、功耗）、体积、成本等多方面因素。因此，必须在设计初期就对电源的要求有清晰的了解，以便为设计留下充足的余量。任务1 新能源汽车电源系统认知 图1-任务1新能源汽车电源系统认知图1-1-17 MAX8640Z对手机中SDRAM供电电路 任务1 新能源汽车电源系统认知图1-1-17 M任务1新能源汽车电源系统认知学习测试 1填空题 （1）电动汽车的电源分为_和_。（2）电动汽车的动力电池容量很大，能够为_充电，可以省去原来的_。（3）比亚迪秦的低压电器系统由_、_和_三个电源共同供电。（4）纯电模式下，_在高压（500V）输入端接触器吸合后便开始工作。（5）常用的12V蓄电池分为四类，分别为普通蓄电池、_蓄电池、湿荷蓄电池和_蓄电池。任务1 新能源汽车电源系统认知学习测试任务1新能源汽车电源系统认知 2判断题 （1）由于采用动力电池供电，纯电动汽车的仪表、控制系统也使用高压电源。（）（2）混合动力汽车都没有安装发电机。（）（3）DC/DC转换器是将交流电转换成直流电。（）（4）在纯电模式下，DC/DC转换器和蓄电池并联给各用电器提供低压电源。（）（5）新能源汽车的12V蓄电池和传统汽车一样。（）任务1 新能源汽车电源系统认知 2判任务1新能源汽车电源系统认知3不定项选择题（1）比亚迪秦的DC/DC转换器与（）安装为一体。A发电机 B动力电池控制器C整车控制器 D驱动电机控制器（2）混合动力汽车和电动汽车保留12V蓄电池的主要原因是（）。A降低车辆的成本 B否则无法起动车辆C确保电源的冗余度 D能隔离电压（3）混合动力车及电动汽车采用DC/DC转换器之后，可省去（）。A电源控制器 B逆变器C驱动电机 D交流发电机（4）比亚迪秦混合动力汽车DC/DC转换器的功能是（）。A纯电模式下和蓄电池一起给各用电器提供低压电源B发动机起动时给起动机供电C发动机原地起动时给动力电池包充电D替代发电机 任务1 新能源汽车电源系统认知3不定项选择题任务2新能源汽车电源系统检修提出任务 一辆北汽EV160纯电动汽车，仪表显示蓄电池故障，系统故障灯点亮，主管把检修的任务安排给你。你能完成这个任务吗？任务2 新能源汽车电源系统检修提出任务任务2新能源汽车电源系统检修任务要求知识要求 1能够描述新能源汽车12V电源管理系统的结构；2能够描述12V蓄电池亏电对纯电动汽车的影响；3能够描述新能源汽车12V电源管理系统故障诊断与检修方法。能力要求 1能进行新能源汽车低压电源系统故障诊断；2能进行新能源汽车DC/DC转换器的更换；3能进行新能源汽车PDU的更换。任务2 新能源汽车电源系统检修任务要求任务2新能源汽车电源系统检修相关知识 1新能源汽车12V电源管理系统的结构 以北汽新能源EV系列纯电动汽车为例，介绍新能源汽车12V电源系统管理系统的结构。北汽新能源汽车12V电源管理系统由低压电源管理单元（PMU）控制，主要的低压部件如图1-2-1所示。任务2 新能源汽车电源系统检修相关知识任务2新能源汽车电源系统检修图1-2-1 北汽新能源EV150前机舱主要低压部件 任务2 新能源汽车电源系统检修图1-2-1 北汽任务2新能源汽车电源系统检修 1）低压电池管理单元 PMU用胶带捆绑固定在蓄电池负极电缆，控制单元（模块）本身包含电压、电流、温度传感器，这些传感器用来采集蓄电池的工作状态，如图1-2-2所示。图1-2-2 电源管理单元（PMU）任务2 新能源汽车电源系统检修 1）低任务2新能源汽车电源系统检修 PMU通过传感器采集蓄电池电压、电流、温度信息，对蓄电池状态进行计算，并且获得整车的用电器工作状态和DC/DC工作状态，实现整车供电系统对蓄电池的动态电量平衡、节能模式、智能充电等功能。PMU接插件BY011端视图，如图1-2-3所示。图1-2-3 BY011端视图 任务2 新能源汽车电源系统检修 PMU任务2新能源汽车电源系统检修 PMU接插件BY011引脚定义，见表1-2-1。任务2 新能源汽车电源系统检修 PMU任务2新能源汽车电源系统检修 2）动态电量平衡功能 如果用电器全开（几率较小，但是存在），在这种情况下，蓄电池会不断放电，最终导致蓄电池亏电，造成下次无法起动。针对电动汽车，更加会造成电子转向系统（EPS）、电子真空泵（EVP）等瞬间大功率工作的安全性电器无法得到稳定的供电。通常情况下，只能通过增加电源（DC/DC）的输出能力来实现供电和用电的平衡（电量平衡）。但是这样会造成零件成本上升很多。动态电量平衡是指在上述情况下，由PMU发出电源风险等级信号，部分舒适性用电器收到信号后，根据等级自动降低部分功率，使供电和用电达到平衡，实现动态的电量平衡。任务2 新能源汽车电源系统检修 2）动任务2新能源汽车电源系统检修 3）节能模式 对于传统汽车而言，发电机输出的电压是固定值，一般在14.5V左右。对于纯电动汽车而言，PMU具有的节能模式，能够在蓄电池电量较足、不需要继续充电的情况下，通过将DC/DC转换器的供电电压降到13V左右（对蓄电池而言是略高于满电状态时的电压），降低整车供电电压，从而可以降低部分用电器工作电流和功率（例如14.5V/100A变成13V/95A，功率降低15%）；蓄电池充电电流几乎为零，对于DC/DC转换器而言，供电的功率降低（例如从14.5V/110A降低到13V/97A，功率降低21%）。任务2 新能源汽车电源系统检修 3）节任务2新能源汽车电源系统检修 4）智能充电模式与蓄电池运作 智能充电模式是指给蓄电池的充电电压，会根据蓄电池的状态不同而变化，例如蓄电池电量较低时，为了保证下次顺利起动和供电电压的平稳，会适当提高充电电压，加快充电进程。在蓄电池电量较高时，会适当降低充电电压，降低整车功耗。经常处于小电流充电，对于延长蓄电池的使用寿命有一定好处。蓄电池使用“钙膨胀”技术，它的正负极是可膨胀的铅钙合金格栅。此技术改进了金属板组的机械完整性和极耐久性，且与以前的技术相比降低了水分损失。蓄电池是完全密封的，但是顶盖上有通风孔允许蓄电池过量充电时产生的氧气和氢气排出，以降低蓄电池内部压力。如果在排除外因并判定为蓄电池内部损坏的情况下，不要试图充电、不使用蓄电池起动车辆，任务2 新能源汽车电源系统检修 4）智任务2新能源汽车电源系统检修 212V蓄电池亏电对纯电动汽车的影响 新能源汽车，不管是强混、插电/增程式混合动力，还是纯电动汽车，整个系统架构上都用DC/DC转换器来取代原有的发电机，用高压的电机直接驱动车辆。整个12V电气架构的改变，使得原有12V蓄电池的使用特性产生了改变，只作为一个辅助能量单元，而不需要提供瞬时的高功率。在较早的普锐斯HEV车型上，12V电池就已经转换为AGM（吸附式玻璃纤维隔板）铅酸电池，如图1-2-4所示。图1-2-4 混合动力汽车12V电源系统概览 任务2 新能源汽车电源系统检修 21任务2新能源汽车电源系统检修 DC/DC转换器由于本身是电子控制部件，对电流和电压均可进行较精确的控制，所以可以实现对12V电池的能量管理，在这样的条件下，某些整车企业已经用12V锂电池代替原有的铅酸电池。实际上，正是由于新能源汽车整个系统结构，特别是控制结构相对传统车要复杂一些，使得12V总线上的模块较多。（1）电子控制模块较多，假定传统的模块设定为15mA，总体的静态电流较大。（2）电子控制模块较多，CAN网络的睡眠唤醒机制较为复杂，特别是充电（快充和慢充）的时候，导致12V的蓄电池在传统停置的时候，需要给电较多。（3）模块的控制逻辑，特别是因为接入车联网的监控需求，使得车辆电子系统的逻辑跳转变得相对脆弱，可能在某些状态下没办法完全让车辆“休眠”。任务2 新能源汽车电源系统检修 DC/任务2新能源汽车电源系统检修 根据这些判断以及国外车辆在使用过程中的投诉，有些问题出现的可能性较高，如车辆一段时间不使用（几天或者一周以上），即使在动力电池满电的情况下，车辆却可能起动不了。究其原因，主要是因为，控制模块正常工作电压通常是916V，亏电的铅酸/AGM电池一旦输出电流，电压就会持续下降，而DC/DC转换器给电池补电的通路本身就需要12V电池来吸合控制继电器的线圈来维持触点闭合。所以按照以往的经验，可用外接蓄电池实现“跨接起动”，但待车辆起动起来，蓄电池移走以后，车辆控制系统又会全部继续掉电关闭，这是因为高压蓄电池维持输出需要保证接触器有足够的保持电压和电流供给，一旦蓄电池供电继续不足，这个系统还是无法正常工作。任务2 新能源汽车电源系统检修 根据这任务2新能源汽车电源系统检修 关于这个问题，本书在此提一些可能的解决办法：（1）当发生故障的时候，用外接蓄电池给车辆供一段时间的电能，以起动车辆高压系统，让DC/DC转换器对电池进行一段时间的补电。（2）利用车联网系统进行监控，当它给工作后台发送信息的时候，可以加入12V电压的信息，如果出现电压降低可以通知车主。一般传统汽车在设计时，新电池能满足90天以上的长期停放要求，而纯电动汽车因为耗电量大，可能达不到这个时间要求。（3）在车辆设计的时候，还需要做静态电流控制和系统验证，以避免电力不足的情况发生。德国的一些汽车厂家为48V电源系统配置了强制充电模式，这值得车辆设计时借鉴。任务2 新能源汽车电源系统检修 关于这任务2新能源汽车电源系统检修 3新能源汽车12V电源管理系统故障诊断与检修 以北汽EV系列纯电动汽车为例，介绍12V电源管理系统故障诊断与检修方法，其他型号的车辆请参照相关的维修手册或资料。1）12V蓄电池故障 （1）故障现象 车辆点火开关置于ON挡，仪表显示蓄电池故障，系统故障灯点亮，如图1-2-5所示。图1-2-5 蓄电池报警 任务2 新能源汽车电源系统检修 3新任务2新能源汽车电源系统检修 （2）诊断思路 可能原因：蓄电池本身储电性能故障、DC/DC转换器低压电源故障、DC/DC转换器内部故障或DC/DC转换器与蓄电池连接电路故障。（3）检查与排除方法 检查蓄电池电压值为9V，表明蓄电池亏电。检查低压熔断丝盒内DC/DC的熔断丝是否正常。检查DC/DC转换器电源正负极供电电路是否正常。检查高压控制盒对接8芯插件的A脚与DC/DC转换器高压2芯插件的B脚是否导通，高压线束与高压控制盒对接8芯插件的G脚与DC/DC转换器高压2芯插件的A脚电路是否正常。检查DC/DC转换器输出端的搭铁线负极插件端子。任务2 新能源汽车电源系统检修 （2）任务2新能源汽车电源系统检修 （4）故障分析 关于蓄电池故障主要有两个原因：蓄电池本身故障，导致储能下降。蓄电池的检测比较简单，只要有专用检测仪或高频放电计就可以确定蓄电池的性能。DC/DC系统故障无法给蓄电池充电。新能源汽车是利用动力电池的高压直流电通过DC/DC转换器转换成低压直流电给其他低压电器供电，同时给蓄电池充电。当整车电器使用的功率大于DC/DC转换器输出功率时，蓄电池协助DC/DC转换器供电而满足电能的需求。从以上检查过程可以看出，DC/DC转换器的检查，主要是看其本身是否能正常工作，其次检查高压直流电源输入和低压输出的电路。任务2 新能源汽车电源系统检修 （4）任务2新能源汽车电源系统检修 2）DC/DC故障 DC/DC发生故障，利用故障检测仪器读取控制单元存储的DTC（故障代码），会读取到：“P1792DC/DC故障”和“P1796DC/DC驱动通道对电源短路故障”等故障代码，见表1-2-2。任务2 新能源汽车电源系统检修 2）D任务2新能源汽车电源系统检修 （1）P1792DC/DC故障检测步骤 使用电动汽车专用故障检测仪清除故障码。A是，车辆重新起动，故障消失，车辆恢复正常。B否，进行第步。将点火开关转到ON挡，使用万用表电压挡测量检查DC/DC输出电压是否异常（正常输出电压13.213.5V）。A是，修复或更换DC/DC转换器。B否，进行第步。检测高压控制盒中的DC/DC高压熔断丝是否熔断。A是，更换高压熔断丝，车辆恢复正常。B否，进行第步。任务2 新能源汽车电源系统检修 （1）任务2新能源汽车电源系统检修检测高压熔断丝至DC/DC之间的插头及线束是否异常。A是，维修或更换线束及插头。B否，进行第步。检查DC/DC低压输出线至低压蓄电池之间的线束是否正常。A是，更换DC/DC，车辆恢复正常。B否，维修或更换线束及插头。任务2 新能源汽车电源系统检修检测高压熔断丝至D任务2新能源汽车电源系统检修 （2）P1796DC/DC驱动通道对电源短路故障检测步骤 检查DC/DC控制插头14中的针脚1至低压熔断丝盒中的DC/DC控制继电器中的23号线束是否导通。A是，进行第B步。B否，修复线束。检查DC/DC控制插头14中的针脚2至仪表12针脚、整车控制器24针脚60之间的线束是否导通。A是，更换DC/DC，车辆恢复正常。B否，修复线束。任务2 新能源汽车电源系统检修 （2）任务2新能源汽车电源系统检修 DC/DC控制插头和控制单元端子图，分别如图1-2-6和图1-2-7所示。图1-2-6 DC/DC控制插头图1-2-7 DC/DC控制单元示意图 任务2 新能源汽车电源系统检修 DC/任务2新能源汽车电源系统检修（3）DC/DC转换器本体检查经过以上检修以后，使用电动汽车专用故障检测仪清除故障码。是，重新起动，车辆恢复正常。否，更换DC/DC。（4）DC/DC转换器快速检查诊断表 任务2 新能源汽车电源系统检修（3）DC/DC转换任务2新能源汽车电源系统检修 DC/DC转换器快速检查诊断表见表1-2-3。任务2 新能源汽车电源系统检修 DC/任务2新能源汽车电源系统检修 （5）DC/DC转换器接口定义 北汽EV系列电动汽车DC/DC转换器接口图，如图1-2-8、图1-2-9所示，接口定义见表1-2-4。图1-2-8 DC/DC转换器接口 任务2 新能源汽车电源系统检修 （5）任务2新能源汽车电源系统检修图1-2-9 DC/DC转换器作用与接口定义 任务2 新能源汽车电源系统检修图1-2-9 DC任务2新能源汽车电源系统检修 任务2 新能源汽车电源系统检修任务2新能源汽车电源系统检修任务实施 1工作准备 （1）防护装备：绝缘防护装备。（2）车辆、台架、总成：北汽新能源汽车；或同类纯电动汽车。（3）专用工具、设备：检测仪器、放电工具、万用表。（4）手工工具：组合工具绝缘拆装工具一套；手电筒。（5）辅助材料：车辆防护三件套；高压警告牌；干净抹布。任务2 新能源汽车电源系统检修任务实施任务2新能源汽车电源系统检修 2实施步骤 根据实训室的车辆配置，对12V电源系统进行故障诊断，并针对不同的车型配置，对纯电动汽车DC/DC转换器或PDU（高压控制盒）进行拆装更换。掌握本次实训课所使用仪器及设备的使用方法，并强调实训中的安全注意事项。警告：（1）禁止未参加该车型高压系统知识培训的维修人员拆卸高压系统，包括手动维修开关、动力电池、驱动电机、电力电子箱、高压配电单元、高压线束、空调压缩机、交流充电口及交流充电线束、快速充电口、电加热器、慢充充电器。任务2 新能源汽车电源系统检修 2实任务2新能源汽车电源系统检修 （2）车辆熄火后每间隔90h PDU会起动DC/DC模块检测低压蓄电池，并给低压蓄电池充电，检修PDU时务必先断开PDU低压线束插头，以免检修PDU时，突然起动高压电发生危险。（3）在进行高压相关操作前，维修人员必须穿戴好劳保用品，戴好绝缘手套，穿好高压绝缘鞋。在戴绝缘手套前，必须要检查绝缘手套是否有破损的地方，确保手套无绝缘失效。任务2 新能源汽车电源系统检修 （2）任务2新能源汽车电源系统检修 1）蓄电池或DC/DC转换器故障诊断 参照前文内容，利用故障检测仪器和万用表等设备，进行12V蓄电池和DC/DC转换器故障诊断。2）北汽新能源E150EV的DC/DC转换器更换 （1）拔下钥匙打开前机舱盖。（2）支起前机舱盖将翼子板护垫铺好，避免损坏车辆，如图1-2-10所示。图1-2-10 将翼子板护垫铺好 任务2 新能源汽车电源系统检修 1）蓄任务2新能源汽车电源系统检修 （3）断开低压蓄电池负极，并用绝缘胶布包好。如图1-2-11所示。注意：高压断电必须由电气操作专业的人员操作。图1-2-11 断开低压蓄电池负极 任务2 新能源汽车电源系统检修 （3）任务2新能源汽车电源系统检修 （4）按照高压中止的要求，切断高压电，放置高压安全警示牌，如图1-2-12所示。（5）打开快充充电口，如图1-2-13所示。图1-2-12 切断高压电，放置高压安全警示牌图1-2-13 打开快充充电口 任务2 新能源汽车电源系统检修 （4）任务2新能源汽车电源系统检修（6）使用放电工具放电，如图1-2-14所示。（7）用万用表测量电压确认无电，如图1-2-15所示。注意：一定要确认处于无电状态，图1-2-14 使用放电工具放电图1-2-15 用万用表测量电压确认无电 任务2 新能源汽车电源系统检修（6）使用放电工具放任务2新能源汽车电源系统检修（8）关闭快充充电口，如图1-2-16所示。（9）拔掉四个连接线束插头，如图1-2-17所示。图1-2-16 关闭快充充电口图1-2-17 拔掉四个连接线束插头 任务2 新能源汽车电源系统检修（8）关闭快充充电口任务2新能源汽车电源系统检修（10）松开并取下6个螺栓，如图1-2-18所示。（11）检查新的DC/DC转换器外观有无破损，如图1-2-19所示。图1-2-18 松开并取下6个螺栓图1-2-19 检查新的DC/DC转换器外观有无破损 任务2 新能源汽车电源系统检修（10）松开并取下6任务2新能源汽车电源系统检修（12）核对新的DC/DC转换器型号是否正确，如图1-2-20所示。（13）检查连接线束是否完好，如图1-2-21所示。图1-2-20 核对新的DC/DC转换器型号是否正确图1-2-21 检查连接线束是否完好 任务2 新能源汽车电源系统检修（12）核对新的DC任务2新能源汽车电源系统检修 （14）检查结果记录填写至工单，如图1-2-22所示。（15）检查无误后，将DC/DC转换器放入相应位置并紧固螺栓，如图1-2-23所示。注意：接插件要可靠连接并锁止。图1-2-22 检查结果记录填写至工单图1-2-23 将DC/DC转换器放入相应位置并紧固螺栓 任务2 新能源汽车电源系统检修 （14任务2新能源汽车电源系统检修（16）连接线束插头，如图1-2-24所示。图1-2-24 连接线束插头 任务2 新能源汽车电源系统检修（16）连接线束插头任务2新能源汽车电源系统检修（17）移除高压警示牌并安装低压蓄电池负极，如图1-2-25所示。图1-2-25 移除高压警示牌并安装低压蓄电池负极 任务2 新能源汽车电源系统检修（17）移除高压警示任务2新能源汽车电源系统检修 （18）使用万用表测量蓄电池电压，确认电压正常，如图1-2-26所示。（19）打开点火开关之后再次测量电压，确认电压正常，如图1-2-27所示。图1-2-26 使用万用表测量蓄电池电压图1-2-27 打开点火开关之后再次测量电压 任务2 新能源汽车电源系统检修 （18任务2新能源汽车电源系统检修 （20）连接诊断仪，并读取故障码。如有故障码，应清除故障码，如图1-2-28所示。图1-2-28 连接诊断仪，并读取故障码 任务2 新能源汽车电源系统检修 （20任务2新能源汽车电源系统检修（21）查看数据流是否正常，如图1-2-29所示。（22）收起翼子板护垫，放下机舱盖，如图1-2-30所示。（23）工具归位，清洁场地。图1-2-30 收起翼子板护垫图1-2-29 查看数据流是否正常 任务2 新能源汽车电源系统检修（21）查看数据流是任务2新能源汽车电源系统检修3）北汽EV160 PDU的更换PDU的拆卸步骤如图1-2-31所示。图1-2-31 北汽EV160 PDU的拆卸步骤 任务2 新能源汽车电源系统检修3）北汽EV160 任务2新能源汽车电源系统检修 （1）关闭点火开关，等待高压电容放电5min。警告：正常情况下，在点火开关关闭后，高压系统还存在高压电，这是因为电机控制器中高压电容的存在造成的，需要经过一段时间的等待，高压电容中的电才能被完全释放。（2）拔下钥匙，打开前机舱盖，铺翼子板护垫。（3）断开12V蓄电池负极电缆，如图1-2-32所示。图1-2-32 断开12V蓄电池负极电缆 任务2 新能源汽车电源系统检修 （1）任务2新能源汽车电源系统检修（4）断开PDU左后方低压插接件，如图1-2-33所示。（5）检查并佩戴0级绝缘手套。检查绝缘手套外观有无明显磨损痕迹。检查绝缘手套密封性。A卷起手套边缘。B折叠开口，并封住手套开口。C向手套内吹气，确认有无空气泄漏。D用同样的方法检查第二只手套。确认密封良好后，佩戴绝缘手套。图1-2-33 断开PDU左后方低压插接件 任务2 新能源汽车电源系统检修（4）断开PDU左后任务2新能源汽车电源系统检修 （6）拆下慢充线束接插件的2个固定螺栓，拿开慢充线束插头，如图1-2-34所示。（7）通过测量12V蓄电池电压的方式核实数字万用表。图1-2-34 拿开慢充线束插头 任务2 新能源汽车电源系统检修 （6）任务2新能源汽车电源系统检修 （8）测试PDU动力电池端端子电压和搭铁电压，如图1-2-35所示。注意：每个高压动力电池插口正负极电压以及正负极对地电压，数值不应大于3V。若测试结果大于3V，则电池组总成内部可能出现接触器卡滞或高压系统绝缘失效。图1-2-35 测试PDU动力电池端端子电压 任务2 新能源汽车电源系统检修 （8）任务2新能源汽车电源系统检修 （9）拆下低压蓄电池正极保护盖，断开DC/DC转换器正极线束，如图1-2-36所示。（10）断开DC/DC转换器负极搭铁线，如图1-2-37所示。图1-2-36 断开DC/DC转换器正极线束图1-2-37 断开DC/DC转换器负极搭铁线 任务2 新能源汽车电源系统检修 （9）任务2新能源汽车电源系统检修 （11）拔出快充高压线束和压缩机高压线束，如图1-2-38所示。（12）断开MCU高压线束、PTC高压线束、车载充电机高压线束，如图1-2-39至图1-2-41所示。图1-2-38 拔出快充高压线束和压缩机高压线束图1-2-39 断开MCU高压线束 任务2 新能源汽车电源系统检修 （11任务2新能源汽车电源系统检修图1-2-40 断开PTC高压线束图1-2-41 断开车载充电机高压线束 任务2 新能源汽车电源系统检修图1-2-40 断任务2新能源汽车电源系统检修 （13）打开防冻液箱盖，举升车辆，拆卸下护板排放防冻液。（14）降下车辆。（15）拆下PDU上的2个冷却液管，如图1-2-42所示。（16）拆下4个PDU固定螺栓，取出PDU总成，如图1-2-43、图1-2-44所示。图1-2-42 拆下PDU上的2个冷却液管图1-2-43 拆下4个PDU固定螺栓 任务2 新能源汽车电源系统检修 （13任务2新能源汽车电源系统检修 PDU的安装步骤界面，如图1-2-45所示。图1-2-44 取出PDU总成图1-2-45 PDU的安装步骤界面 任务2 新能源汽车电源系统检修 PDU任务2新能源汽车电源系统检修（1）放置好PDU，对角安装4个PDU固定螺栓。（2）安装PDU冷却液管。（3）安装快充线束，拧紧2颗螺栓，安装压缩机高压线束。（4）安装MCU（微控制器）高压线束，拧紧2颗固定螺栓。（5）安装PTC（加热器）高压线束。（6）安装DC/DC转换器正极线束，安装DC/DC转换器负极搭铁线束。（7）安装车载充电机高压线束插头。（8）安装动力电池高压线束插头，拧紧2颗固定螺栓。（9）安装PDU低压线束插头。任务2 新能源汽车电源系统检修（1）放置好PDU，任务2新能源汽车电源系统检修（10）加注冷却液至上限，如图1-2-46所示。（11）安装低压蓄电池负极。（12）起动车辆，检查冷却液液位，并再次添加冷却液至上限。（13）举升车辆，检查冷却液管接口有无泄漏。（14）安装下护板，降下车辆，如图1-2-47所示。（15）收起翼子板护垫，放下前机舱盖。图1-2-46 加注冷却液至上限图1-2-47 安装下护板 任务2 新能源汽车电源系统检修（10）加注冷却液至任务2新能源汽车电源系统检修学习测试 1填空题 （1）北汽新能源汽车的PMU本身包含_、_、_，用来采集的工作状态。（2）动态电量平衡是由PMU发出_信号，部分舒适性用电器收到信号后，根据等级自动降低部分功率，使_达到平衡，实现动态的电量平衡。（3）DC/DC转换器对电流和电压均可进行较精确的控制，可以实现对12V电池的_，在这样的条件下，某些整车企业已经用12V锂电池代替原有的_。任务2 新能源汽车电源系统检修学习测试任务2新能源汽车电源系统检修 2判断题 （1）如果用电器全开，蓄电池会不断放电，导致蓄电池亏电，造成下次无法起动。（）（2）由于采用高压动力电池，新能源汽车的12V蓄电池不可能亏电。（）（3）故障检测仪器读取控制单元存储的DC/DC相关的DTC，一定是DC/DC转换器损坏。（）任务2 新能源汽车电源系统检修 2判任务2新能源汽车电源系统检修3不定项选择题（1）纯电动汽车仪表报警蓄电池故障，可能原因是（）。A蓄电池本身储电性能故障 BDC/DC低压电源故障CDC/DC内部故障 DDC/DC与蓄电池连接电路故障（2）DC/DC转换器的检查要点是（）。ADC/DC转换器本身是否能正常工作B高压直流电源输入电路C低压输出的电路D蓄电池 任务2 新能源汽车电源系统检修3不定项选择题 谢谢观看！谢谢观看！