模块三 课题2 充电系统综合故障的诊断与排除（教案）《新能源汽车充电系统检测与维修》同步精品课堂（劳动版·第3版）

《新能源汽车充电系统检测与维修》教案 课 题 模块三课题2 充电系统综合故障的诊断与排除 课 型 理论课 课 时 2 授课班级 授课时间 授课教师 教材分析 本节课的内容是关于《新能源汽车充电系统检测与维修》中的模块三。要求学生理解新能源汽车的功用、结构等，课标要求是掌握新能源汽车的作用。选用的教材是由中国劳动社会保障出版社出版的《新能源汽车充电系统检测与维修》（第三版），学习内容是新能源汽车的内容和各项方法。 学情分析 知识储备：对新能源汽车有着初步的了解。 能力水平：熟悉新能源汽车的各项方法。 学习特点：学习、接受新知识能力较弱，尤其是理论性强的知识，不能充分利用课余时间学习。 学习目标 知识目标：理解维护工具与设备的使用。 能力目标：能够掌握维护作业前的准备。 素质目标：1.认识到新能源汽车的重要性。 2.积极参与课堂，能够表达自己的观点和想法。 学习重难点 教学重点：1. 充电系统综合故障的故障原因。 2. 充电系统综合故障的分析方法。 教学方法 讲授法、讨论法、演示法、实物教学法 课前准备 教师准备：教学课件 学生准备：课前预习 教学媒体 多媒体教室、多媒体课件 教学过程 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 活动一： 创设情境 生成问题 1. 情境导入 让学生阅读教材导入情景，引导学生思考： 新能源汽车基本知识。 2. 展示学习目标 认识到新能源汽车充电系统的重要性。 掌握新能源汽车的基本知识的具体内容。 1.阅读导入情景，思考教师提问，结合生活中的实际，认真回答。 2.查看并记住本节任务的学习目标。 1.通过情景问话，引出本课主题。同时激发学习兴趣。 2.通过课件展示本节任务，让学生明确课堂任务。 活动二： 调动思维 探究新知 一.导入新课:组织教学、吸引学生注意力，使学生进入上课状态。 二.1.新课讲解:借助PPT讲授充电系统故障基本知识内容，利用课件进行讲授，对比课件中的构造简图 ，对新能源汽车基本知识有一个初步的了解。 一、充电系统无反应、无法充电故障的诊断与排除 1. 故障现象 车主反映其车辆在直流充电桩无法充电，显示“充电启动未能成功”，尝试更换多个充电桩还是无法充电；但使用交流充电桩可以进行充电。 2. 故障分析 根据故障现象分析，可能的故障原因为直流充电口故障、直流充电低压通信线路故障、电池管理器故障或者控制直流充电的低压线路故障。 通过测试，插入充电枪后仪表盘上只有充电连接指示灯亮，再无其他充电的相关信息，充电桩上显示“充电启动未能成功”。但使用交流充电桩可以进行充电，由此可以暂时确定电池管理器能正常工作，故障应该在直流充电过程涉及的元器件或者线束部位。 2. 故障分析 （1）直流充电口故障 充电口作为车辆充电系统与充电桩对接的接口，在正常使用时，插拔过程中充电口端子存在摩擦，为易损件；在不正常使用时，如使用不规范的充电枪等则会严重缩短其使用寿命。 充电口的外观检查（见下图）。目视检查充电口塑料绝缘壳体外观有无热熔变形或脱落，严重热熔变形影响正常使用的充电枪需要及时更换；目视检查充电口端子内部有无灰尘或其他异物，有异物无法排出影响正常使用的充电枪需及时更换；目视检查充电口端子簧片及底部有无变黄，微黄可以继续使用，若为暗黄则需更换（此条不适用于镀金端子充电口）；目视检查充电口端子簧片及底部有无变黑，变黑的需要更换；目视检查端子簧片有无断裂，断裂的需要更换。 2. 故障分析 （2）直流充电低压通信线路故障 直流充电口端子名称及其含义（见下图）。直流充电口的通信端子 CC1 和CC2 的功能如下： CC1：充电桩确认充电枪是否插好（充电口端电阻为 1 000 Ω）。 CC2：车辆确认充电枪是否插好（充电枪端电阻为 1 000 Ω）。 由于故障车辆仪表盘上有点亮的充电连接指示灯，充电桩上显示“充电启动未能成功”，说明充电口 CC1 端子和 CC2 端子正常，所以将故障定位于充电过程中的 CAN 线信息交互失败上。 直流充电信号确认过程为：CC1 →充电桩输出低压电源→ BMS 得电→ CC2 →CAN 通信→充电桩输出高压电。 直流充电系统的 CAN 通信为充电口 S-、S+ 端子到电源管理器 BK45（B）-20、BK45（B）-14 号针脚，如（图 1） 所示。前舱线束 BJB01（A）、BJB01（B）接插件位于仪表盘后侧内部接线盒，B53（A）接插件位于前保险杠内侧，如（图 2） 所示。 图1 直流充电系统低压通信线路 图2 直流充电系统低压接插件 B53（A） 3. 故障诊断与排除 根据对故障可能原因的分析，结合实际车辆故障现象，进行故障诊断与排除。充电系统无反应、无法充电故障诊断与排除步骤（表 1）。 表1 充电系统无反应、无法充电故障诊断与排除步骤 4. 故障总结 本次故障维修需要掌握整个直流充电的流程才能在故障排除过程中做出正确的判断。 直流充电的流程分析：插充电枪后，充电桩检测到 CC1 的 1 kΩ 电阻，确认充电枪已插好，直流充电桩控制吸合直流充电继电器，电池管理器得到双路电可以工作；车辆检测到 CC2 的 1 kΩ 电阻后确认充电桩连接正常，电池管理器控制点亮仪表充电连接指示灯并与直流充电桩进行 CAN 通信，通信无异常后，直流充电桩输出高压电为车辆充电。 根据直流充电流程，该车辆电池管理器已经控制点亮仪表盘上的充电连接指示灯， 说明 CC1、CC2 已经完成，判断为 CAN 通信未完成，怀疑是因为 CAN 线路或充电口故障导致。 在维修新能源汽车时经常会遇到故障码“U02A200”，其故障为：与主动泄放模块通信故障。该故障码的形成原因是：每次高压上电不成功或者充电不成功时，电池管理器内就会报“主泄放模块通信故障”，所以维修时不能根据此故障码来确定故障点。 二、充电指示灯正常、无法充电故障的诊断与排除 1. 故障现象 一辆比亚迪 e5 汽车无法进行交流充电，仪表一直显示“充电连接中”，但无充电连接成功信息显示，交流充电无法完成。车辆无其他故障，可以上 OK 电正常行驶。 2. 故障分析 根据故障现象分析，可能的故障原因为交流充电设备故障、交流充电口故障、电池包及 BMS 故障、高压电控总成故障或者线路故障。 交流充电装置主要包括随车的便携式充电器、壁挂式充电盒以及交流充电桩等，如（见下图）。这三种充电装置都可以将交流电源调整为校准的电压或电流，为汽车动力蓄电池等储能装置提供电能。通过选择不同类型的交流充电装置为汽车充电，可以交叉验证随车的交流充电盒或交流充电桩是否损坏。 2. 故障分析 开始充电时，将充电枪对准对应充电口后再推入；结束充电时，先对充电设备进行必要的操作（如刷卡或设置停止充电），再解锁车辆，然后按下充电枪解锁按键并保持1～2 s 再拔枪（不要直接或快速拔出充电枪，否则将存在拉弧风险）。 不建议使用的充电枪端口状态（见下图），此时应该及时前往比亚迪服务店检查或更换。 2. 故障分析 交流充电的控制过程（见下图），根据工作原理分析，当高压电控总成内充电枪触发单元通过与充电枪连接端子 CC 与端子 PE 检测到充电连接装置内的电阻 RC 后（确定充电连接装置额定容量），拉低充电连接信号，BMS 模块控制车辆低压供电线路IG3 继电器吸合并给相关部件提供电源；当 BMS 得电后执行充电程序并拉低仪表盘上的充电指示灯信号，仪表盘上的充电连接指示灯点亮。测量充电枪端子 CC 与端子 PE 之间的电阻，电阻值为 681 Ω，正常，因为仪表充电连接指示灯可正常点亮，据此分析端子 CC 与端子 PE 的连接信号正常。 2. 故障分析 由于比亚迪 e5 纯电动汽车带有预约充电功能，预约充电服务器集成在仪表控制单元内，在充电连接过程中，车载充电机需要通过 CAN 总线接收到仪表控制单元发来的确认充电报文信息，在确认当前无预约充电设置后，才能执行实时充电动作，充电成功后组合仪表才会显示“正在充电中”的信息。 分析认为，如果预约充电功能误触发也有可能对充电造成影响。对仪表控制单元进行恢复默认设置操作，并查看预约充电功能状态，为关闭状态，然后对车辆进行重新充电，故障现象依旧。 2. 故障分析 VTOG 的充电流程如下： 将交流充电枪插入充电口，VTOG 检测插枪信号（即 CC 信号）后，给 BCM（车身控制器）发出充电连接信号。BCM 控制双路电继电器吸合，BMS 与 VTOG 获得双路电。VTOG 检测 CP 信号、BMS（电池管理系统）接收到充电感应信号后自检（无故障），BMS 控制电池包内接触器和预充接触器吸合进行预充（预充完成后，吸合交流充电接触器，断开预充接触器），VTOG 检测到动力蓄电池包的反馈电压后控制交流充电桩输出交流电（给 VTOG）进行充电。交流充电系统的交流充电口信号电路（图1）。 3. 故障诊断与排除 根据对故障可能原因的分析，结合实际车辆故障现象，进行故障诊断与排除。充电指示灯正常、无法充电故障诊断与排除步骤（见下表）。 充电指示灯正常、无法充电故障诊断与排除步骤 4. 故障总结 处理此类故障时，需要掌握充电控制流程。 根据充电系统工作原理分析，认为故障很可能为交流充电控制导引电路存在连接线路故障、供电控制装置故障或车辆充电控制装置故障。查阅国家标准《电动汽车传导充电系统　第 1 部分：通用要求》（GB/T 18487.1—2015），该标准中给出了交流充电控制导引电路原理图，其工作原理为：当充电接口已完全连接，则开关从 +12 V 连接状态切换至 PWM 信号（脉冲宽度调制信号），供电控制装置通过测量检测点 1 的电压值变化来判断充电连接装置是否完全连接，车辆控制装置通过测量检测点 2 位置的 PWM 信号来判断供电设备的供电能力，确认充电连接装置已完全连接。 三、充电指示灯正常、无法充满电故障的诊断与排除 1. 故障现象 一辆比亚迪 e5 汽车偶发性出现行驶中电量不下降且充电时电量不上涨现象。 2. 故障分析 根据故障现象分析，可能的故障原因为 BMS 故障、高压电控（霍尔电流传感器）故障或者电流传感器线路故障。 2. 故障分析 电量通过电池 SOC 值反映，即荷电状态，用来反映电池的剩余容量，其数值上为剩余容量占电池容量的比值，常用百分数表示，其取值范围为 0～1。当 SOC=0 时，表示电池放电完全；当 SOC=1 时，表示电池完全充满。 电池 SOC 值不能直接测量，只能通过电池端电压、充放电电流及内阻等参数来估算其大小。而这些参数还会受到电池老化、环境温度变化以及汽车行驶状态等多种不确定因素的影响，因此，准确的 SOC 值估算已成为电动汽车发展中亟待解决的问题。 2. 故障分析 霍尔电流传感器可以分为很多种，按照原理分类可以分为开环霍尔电流传感器和闭环霍尔电流传感器两种。基于开环原理的电流传感器结构简单、可靠性好、过载能力强、体积较小，但也有很多缺点，如温度影响大、精度低、响应不够快、频带宽度窄等。而闭环霍尔电流传感器的特点是精度高、响应快、频带宽，但同时也有缺点，即过载能力差，体积较大，工艺比较复杂，同时价格也偏高。 霍尔电流传感器可以测量各种类型的电流，从直流电到几千赫兹的交流电，其所依据的工作原理主要是霍尔效应原理。霍尔电流传感器的工作电路（下图所示）。 2. 故障分析 电流传感器的输出信号： 当原边导线经过电流传感器时，原边电流 IP 会产生磁感线，原边磁感线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生与原边磁感线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变为副边电流 IS，并存在以下关系式：IS×NS=IP×NP。其中，IS 为副边电流；NS 为副边线圈匝数；IP 为原边电流；NP为原边线圈匝数，一般取 NP=1；NP/NS 为匝数比。 电流传感器的输出信号是副边电流 IS，它与输入信号（原边电流 IP）成正比，IS 一般很小，只有 10～400 mA。如果输出电流经过测量电阻 RM，则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压输出信号。 2. 故障分析 电流传感器的供电电压 V： V 指电流传感器的供电电压，它必须在传感器所规定的范围内。超过此范围，传感器不能正常工作或可靠性降低。另外，传感器的供电电压 V 又分为正极供电电压 V+ 和负极供电电压 V-。要注意单相供电的传感器，其供电电压 Vmin 是双相供电电压 Vmin 的 2倍，所以其测量范围要高于双相供电的传感器。 3. 故障诊断与排除 根据对故障可能原因的分析，结合实际车辆故障现象，进行故障诊断与排除。充电指示灯正常、无法充满电故障诊断与排除步骤（见下表）。 充电指示灯正常、无法充满电故障诊断与排除步骤 4. 故障总结 处理此类故障，必须清楚电池 SOC 值的变化原理：BMS（电池管理系统）监测电池包电量时，根据电流霍尔传感器检测到的电流变化信号，在 BMS 内部按照特定的计算方法折算成 SOC 值的变化，BMS 与仪表进行通信，将 SOC 值显示在仪表上。另外，使用原理图进行分析能帮助维修人员更快地找到故障点。 三.课堂互动: 组织学生进行小组讨论，分享学习心得和体会，教师进行点评和指导。 四.巩固练习:布置相关练习题和思考题，让学生巩固所学知识，教师进行个别辅导 学习新能源汽车基本知识的总体认知 学生以小组为单位，巩固旧课，展示预习情况 (1) 听课、思考、结合生活实际，认真回答教师提出的问题。 (2) 听课、理解新能源汽车基本知识的总体认知 积极发言 (3) 结合生活实际，思考现代新能源汽车基本知识的总体构造及作用。 请学生先结合教材自行归纳分类 观看PPT、图片及动画，学生自主分析，各小组派代表阐述本组学习成果。 针对特点，提出相应的保育要点 注意要点，提醒学生结合生活经验分析。 通过视频、多媒体学习。以小组为单位进行阐述。 小组讨论，根据所学知识进行总结，阐述。 1.通过导入情景以及学生思考结果引出新能源汽车基本知识的总体内容。为进一步学习本课重点奠定基础。 2.教师讲述新能源汽车基本知识总体认知等重点知识。 活动三： 巩固练习 素质提升 1.提问学生充电系统的结构。 2.提问学生充电系统综合故障的故障原因。 学生课上复习，并完成本节教学重点。 加深对本节内容的理解并加强课堂知识点的记忆。 课堂小结 作业布置 1.课堂小结： 本节课通过讲解、示范、小组讨论和案例分析等多种教学方法和手段，使学生掌握了新能源汽车基本知识等内容，培养了学生对于新能源汽车充电系统这门课程的兴趣，树立了良好的职业道德观念。同时，也让学生认识到新能源汽车的基本内容，为今后的学习和工作打下坚实的基础。 2.作业： (1)简述充电系统的结构。 (2)简述充电系统综合故障的故障原因。 板书设计 三、充电指示灯正常、无法充满电 1.故障现象 2.故障分析 3.电流传感器 4.霍尔电流传感器 一、充电系统无反应 1.故障现象 2.故障分析 3直流充电口故障 4.直流充电低压通信线路故障 5.故障总结 二、充电指示灯正常、无法充电 1.故障现象 2.故障分析 3.交流充电的控制过程 4.预约充电功能 教学反思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$