學習情境三：動力電池及管理系統拆裝與檢測學習單元3.3BMS系統的認知課程內容12345任務導入學習目標理論知識拓展閱讀實踐技能6單元小結任務導入小王在豐田某4S店工作，今天接了一輛混動卡羅拉轎車，師傅要求小王更換該車的HV蓄電池鼓風機，你知道如何安全、規范的進行HV蓄電池鼓風機的更換么？學習目標1．能通過與客戶交流、查閱相關維修技術資料等方式獲取車輛信息。2．能根據要求制定正確的更換計劃。3．能正確選擇診斷設備對HV蓄電池鼓風機行拆卸和安裝。4．能正確記錄、分析各種檢查結果并做出故障判斷。理論知識HV蓄電池BMS的作用BMS系統組成HV蓄電池信息監測HV蓄電池冷卻控制理論知識電池管理系統的主要功能包括：（1）充電均衡：在充電過程中，保證系統內所有電池的電池端電壓在每一時刻有良好的一致性；當模塊的達到調整極限仍然保證不了電池電壓一致性時，要通過聲光及通訊方式將異常的電池編號報告到主控機并通過主控機報告到整車管理系統；（2）過流過壓示警：當出現電池的電流電壓超過保護標準，示警指示；在過流或是過壓消失后，示警指示取消；（3）電壓采樣：模塊具有電壓采樣，并將采樣數據記錄下來，供模塊自身分析；（4）充放電電流采樣：模塊具有充電放電電流采樣，并將采樣數據記錄下來，供模塊自身分析；3.3.1HV蓄電池BMS的作用理論知識（5）自檢功能：通過電壓、電流、溫度等數據，能分析電池是否正常工作，并能有手段自動測試其它的功能是否正常，在每隔一定的時間周期時，均要進行自檢；（6）外電路故障保護：當外部電路出現嚴重故障或失效時，模塊要能產生安全保護，使電池不致過放，過充，短路等，最關鍵是不能出現過充和短路；（7）溫度檢測與保護：模塊能對電池的溫度進行測量與記錄，在溫度超過規定上限時，切斷電池充放電回路并給出聲光報警；（8）通訊功能：模塊與系統主控部分通過SPI或電流環進行通訊，所有單體電池的分析數據均能實時傳到主控單元。3.3.1HV蓄電池BMS的作用理論知識以混動卡羅拉為例，其BMS系統主要包括HV蓄電池ECU、電壓檢測、電流監測、溫度檢測、絕緣電阻檢測、冷卻風扇、繼電器控制以及對外通訊電路。如圖3-2-1所示。HV蓄電池智能單元監控電池的溫度、電壓、電流、絕緣狀態，并能夠控制冷卻風扇對電池進行溫度控制，在充放電過程中還控制SMR接觸器的開關狀態。打開HV蓄電池能夠看到BMS系統的主要硬件，如圖3.3.2BMS系統組成理論知識3.3.2BMS系統組成理論知識BMS硬件結構主要包括：3個HV蓄電池主接觸器（接線盒總成SMR）、HV蓄電池智能單元、冷卻風扇等?；靹涌_拉轎車中，HV蓄電池智能單元（蓄電池電壓傳感器）作為HV蓄電池的ECU，主要有以下作用：1）監視HV蓄電池的狀態（如電壓、電流和溫度），并將該信息傳輸至混合動力車輛控制ECU總成；2）檢測執行冷卻系統控制所需的鼓風機轉速反饋頻率并將其傳輸至混合動力車輛控制ECU；3）內部配有泄露檢測電路，以檢測HV蓄電池或高壓電路的漏電情況。4）將以上信號轉化為數字信號，并通過串行通信將其傳輸至混合動力車輛控制ECU總成。3.3.2BMS系統組成理論知識電池相關信息的獲取主要通過傳感器實現，主要的傳感器有電流傳感器、電壓傳感器以及溫度傳感器等。1.電流監測混動卡羅拉轎車利用電流傳感器監測流進和流出電池的電流強度，其安裝于直流母線上?；靹涌_拉HV蓄電池電流傳感器實物如圖3.3.3HV蓄電池信息監測理論知識2.電壓監測HV蓄電池電壓傳感器能在電池組的多個測量點進行電壓測量，并且比較電池模組不同部分的性能，以確認動力電池內部是否均衡。電壓傳感器測量單個電池的電壓，也測量電池模組或動力電池組的電壓。這使BMS能夠對電池進行分段監測，每一段的電壓和電量應該大致相同。BMS與每個檢測點（通常是被測的單體電池或電池模組的正負極端子)之間通過電壓傳感采樣線相連接。3.3.3HV蓄電池信息監測理論知識混動卡羅拉HV蓄電池在10個位置上監視電池模組電壓。各電池模組電壓檢測電路如圖3.3.3HV蓄電池信息監測理論知識當各電池模組電壓低于固定值時，汽車的顯示屏可能會顯示故障診斷代碼（DTC），保存在電池管理器中。HV蓄電池智能單元（蓄電池電壓傳感器）將這些電壓信號進行整理并傳輸給混合動力車輛ECU。電池中的實物端子如圖3.3.3HV蓄電池信息監測理論知識3.溫度監測當計算電池組荷電量(SOC)、充放電比功率、動力電池的溫度時使用多個溫度傳感器來監測電池溫度。如圖3-3-7所示混動卡羅拉HV蓄電池上面有三個電池溫度傳感器。3.3.3HV蓄電池信息監測理論知識溫度檢測電路圖如圖3.3.3HV蓄電池信息監測理論知識混動卡羅拉HV蓄電池采用風冷形式，如圖3.3.4HV蓄電池冷卻控制理論知識可以看出，混動卡羅拉HV蓄電池冷卻系統包括近期通道、鼓風機、排氣通道等，采用并行冷卻方式。1.進排氣管進氣通道有1號進氣管和2號排氣管。如圖3.3.4HV蓄電池冷卻控制理論知識1號進氣管入口在后排座椅左側下方，安裝有濾清器，如圖3.3.4HV蓄電池冷卻控制理論知識2.鼓風機鼓風機采用直流電機。3.冷卻系統工作原理HV蓄電池冷卻系統電路如圖3.3.4HV蓄電池冷卻控制拓展閱讀HV蓄電池熱管理系統的設計拓展閱讀美國國家可再生能源試驗室（NREL）的AhmadA.Pesaran等人提出的電池組熱管理系統設計的一般過程最具有代表性，其設計過程包括以下7個步驟：1）考慮熱管理系統的設計目標和制約因素；2）測量和估計電池模塊的生熱率以及熱容量；3）熱管理系統首輪評估（包括設計加熱或散熱系統等）；4）預測電池包的熱場分布；5）初步設計熱管理系統；6）設計熱管理系統并進行試驗；7）熱管理系統的優化。3.3.5HV蓄電池熱管理系統的設計拓展閱讀3.3.5HV蓄電池熱管理系統的設計拓展閱讀圖3-3-15電池熱管理系統設計流程可以看出，需將單體電池特性（尺寸、空間、電化學），工作條件（功率需求、使用環境條件），電池模塊/電池包冷卻策略（主動或被動、空氣或液體冷卻、流動速率和溫度循環）等條件都作為電池熱管理設計的考慮條件。該模型使用這些輸入條件去分析和預測熱管理系統設計。通過改變設計的參數可以評價和優化系統設計的各項因素，如成本、體積、質量以及系統維護問題。3.3.5HV蓄電池熱管理系統的設計拓展閱讀在設計電池熱管理系統時，希望選擇的風機種類與功率、溫度傳感器的數量與測溫點位置都恰到好處。以空冷散熱方式為例，設計散熱系統時，在保證一定散熱效果的情況下，應該盡量減小流動阻力，降低風機噪音和功率消耗，提高整個系統的效率?？梢杂脤嶒?、理論計算和流體力學的方法通過估計壓降、流量來估計風機的功率消耗。當流動阻力小時，可以考慮選用軸向流動風扇；當流動阻力大時，離心式風扇比較適合。當然也要考慮到風機占用空間的大小和成本的高低。尋找最優的風機控制策略也是熱管理系統的功能之一。3.3.5HV蓄電池熱管理系統的設計實踐技能利用故障診斷儀讀取混動卡羅拉HV蓄電池信息HV蓄電池鼓風機的更換HV蓄電池冷卻濾清器的檢查與更換實踐技能操作中，請嚴格按照安全規范進行操作安全提示實踐技能打開車門，鋪設主駕駛席三件套，鋪設副駕駛席兩件套，將豐田專用故障診斷儀診斷線與DLC3診斷接口連接，如圖3.3.6讀取HV蓄電池信息實踐技能點火開關置“ON位”，系統上電，點擊診斷儀屏幕上診斷程序Techstream，如圖3.3.6讀取HV蓄電池信息實踐技能點擊與“車輛連接”選項，如圖3.3.6讀取HV蓄電池信息實踐技能選擇選項TFTMProduct和1704后點擊下一步，選擇“混合動力控制”3.3.6讀取HV蓄電池信息實踐技能點擊下一步后，點擊數據列表選項，顯示HV蓄電池剩余電量、HV蓄電池最大剩余電量、HV蓄電池最小剩余電量、HV蓄電池總電壓、HV蓄電池輸出電流如圖3.3.6讀取HV蓄電池信息實踐技能數據流分別顯示9組混合動力電池組電壓，如圖3.3.6讀取HV蓄電池信息實踐技能數據流分別顯示9組混合動力電池組內阻，如圖3.3.6讀取HV蓄電池信息實踐技能數據流分別三個溫度傳感器溫度、冷卻風扇狀態等，如圖3.3.6讀取HV蓄電池信息實踐技能退出診斷程序，關閉系統，關閉點火開關，拆下診斷連接線，拆下副駕駛席兩件套，拆下主駕駛席三件套，關閉車門。3.3.6讀取HV蓄電池信息實踐技能1.HV蓄電池鼓風機的拆卸（1）拆卸備胎罩（2）拆卸行李箱前裝飾罩（3）拆卸后排座椅總成按照要求，拆卸后排座椅總成。（4）拆卸車內3號電子鑰匙天線總成分離兩個卡爪，如圖3.3.7HV蓄電池鼓風機的更換實踐技能（5）拆卸HV蓄電池1號進氣管（6）拆卸HV蓄電池冷卻鼓風機總成斷開蓄電池冷卻鼓風機總成連接器，分離兩個卡夾，如圖3.3.7HV蓄電池鼓風機的更換實踐技能拆卸3個螺母，分離兩個卡爪，從HV蓄電池上拆下蓄電池冷卻鼓風機總成。如圖3.3.7HV蓄電池鼓風機的更換實踐技能2.HV蓄電池鼓風機的安裝（1）安裝鼓風機1）結合2個卡爪將蓄電池冷卻鼓風機總成安裝到HV蓄電池上，注意不要觸摸蓄電池冷卻鼓風機總成的風扇部位，不要用線束提升冷卻鼓風機總成；2）然后安裝3個螺母，扭矩為7.5N*m；3）結合2個卡夾；4）連接HV蓄電池冷卻鼓風機總成連接器。3.3.7HV蓄電池鼓風機的更換實踐技能（2）安裝混合動力蓄電池1號進氣管1）結合2個卡爪以安裝混合動力蓄電池1號進氣管；2）安裝卡子，并卻把卡子安裝到位。（3）安裝車內3號電子鑰匙天線總成1）連接連接器；2）結合2個卡爪，安裝車內3號電子鑰匙天線總成。3.3.7HV蓄電池鼓風機的更換實踐技能（4）安裝后排座椅總成按照操作規范，安裝后排座椅總成。（5）安裝行李箱前裝飾罩結合2個緊固件，安裝行李箱前裝飾板。（6）安裝備胎罩按照操作規范，將備胎罩安裝到位。3.3.7HV蓄電池鼓風機的更換實踐技能如果組合儀表總成的多信息顯示屏上顯示“MaintenanceRequiredforHybridBatteryCoolingPartsatYourDealer”（請在經銷商處進行混合動力蓄電池冷卻零件所需保養），則需拆下HV蓄電池冷卻鼓風機濾網并進行檢查。1.冷卻濾清器的拆卸1）拆卸后排座椅座墊側蓋，如圖3.3.8冷卻濾清器的檢查與更換實踐技能2）拆卸蓄電池冷卻鼓風機濾網：首先分離兩個卡爪3.3.8冷卻濾清器的檢查與更換實踐技能然后從后排座椅座墊側蓋上拆下HV蓄電池1號進氣濾清器和HV蓄電池冷卻鼓風機濾網3.3.8冷卻濾清器的檢查與更換實踐技能從HV蓄電池1號進氣濾清器上拆下HV蓄電池冷卻鼓風機濾網3.3.8冷卻濾清器的檢查與更換實踐技能2.冷卻濾清器的檢查如果在交通擁擠或塵土過多的區域駕駛車輛，或如果后排座椅使用頻繁，則蓄電池冷卻鼓風機濾網可能阻塞，必要時清潔或更換HV蓄電池冷卻鼓風機濾網。（1）檢查HV蓄電池冷卻鼓風機濾網目視檢查HV蓄電池冷卻鼓風機濾網，要求無阻塞或損壞，如果不符合要求，則更換HV蓄電池冷卻鼓風機濾網。注意：不要在HV蓄電池冷卻鼓風機總成安裝在車輛上時進行清潔。如果濾網損壞，則檢查HV蓄電池冷卻鼓風機總成內是否有異物，必要時清潔或更換冷卻鼓風機總成。用壓縮空氣清潔鼓風機總成時，確保固定鼓風機風扇。3.3.8冷卻濾清器的檢查與更換實踐技能縮空氣清潔鼓風機總成時，確保固定鼓風機風扇。（2）清潔蓄電池冷卻鼓風機濾網清潔濾網時不要使用水或其他液體，僅能使用壓縮空氣；為防止濾網損壞，不要使用鋼絲球或者刮板；不要在HV蓄電池冷卻鼓風機濾網安裝在車輛上時進行清潔；使用壓縮空氣時，噴氣口距離濾網至少30mm。3