1、 新能源汽车动力电池与充电系统检修 项目4 新能源汽车动力电池冷却系统任务1 动力电池冷却系统认知 任务1 1 动力电池冷却系统认知知识目标（1）能够描述动力电池的发热原因与冷却系统作用；（2）能够描述动力电池冷却系统的冷却形式。技能目标（1）能够认识动力电池冷却系统的结构组成。素养目标（1）能够制订工作计划，独立完成工作学习任务。（2）能够在工作过程中，与小组其他成员合作、交流并进行学习任务分工，具备团队合作和安全操作的意识。（3）养成服从管理，规范作业的良好工作习惯。（4）培养安全工作的习惯。教学目标 任务1 1 动力电池冷却系统认知一、任务导入二、获取信息三、任务实施学习目录四、任务考核
2、 任务1 1 动力电池冷却系统认知 任务导入手机电池长时间充电会发烫，新能源汽车的动力电池也会发热吗？如果会，是否需要冷却系统吗？任务1 1 动力电池冷却系统认知引导问题1:动力电池会像手机电池一样发热吗？获取信息1.动力电池的发热原因动力电池作为电动汽车的动力能源，其充电、做功的发热一直阻碍着电动汽车的发展。动力电池的性能与电池温度密切相关。40 50以上的高温会明显加速电池的衰老，更高的温度(如120 150以上)则会引发电池热失控。以下以镍氢电池为例，介绍电池发热的原因。镍氢电池电化学反应原理决定了镍氢电池在充放、电过程中的生热。生热因素主要有4个：电池化学反应生热、电池极化生热、过充电
3、副反应生热以及内阻焦耳热。任务1 1 动力电池冷却系统认知获取信息如果把电池内部所有的物质如活性物质、正极和负极、隔板等假定为一个具有相同特性的整体，电池内部的热传导性非常好，使电池内部单元等温。但由于电池壳体基本不产生热量,因而其温度与电池内部的温度非常接近。由表4-1-1可以看出，电池经过变电流充放工况后，电池的最高温度和最低温度与电池平均温度之差在4.2 左右,电池的最高温度在35.5 左右。表4-1-1 放电前后电池箱电池温度对照 任务1 1 动力电池冷却系统认知获取信息2.动力电池冷却系统的作用动力电池组的工作状态包括:（1）电池组在充放电时会释放一定的热量，故需要对电池组进行冷却。
4、（2）在低温环境下，需要对电池组进行加热处理，以提高运行效率。动力电池组采用冷却系统的作用是：通过对动力电池组冷却或加热，保持动力电池组较佳的工作温度，以改善其运行效率并提高电池组的寿命。图4-1-1是动力电池组的热管理系统示意图，热管理系统可以根据需要对电池组进行冷却或加热。图4-1-1 动力电池组热管理系统组成示意图 任务1 1 动力电池冷却系统认知引导问题2:动力电池冷却系统的冷却形式有哪些？获取信息除了极少数车型没有采用冷却系统以外，目前应用在动力电池上的冷却方式有水冷和风冷两种。1.水冷动力电池冷却系统水冷动力电池冷却系统结构如图4-1-2所示，主要部件包括散热器、膨胀壶、电子水泵、
5、VCU(或HPCM2，混动车型)、冷却液控制阀、加热器和冷却管路等。图4-1-2 水冷式动力电池冷却系统 任务1 1 动力电池冷却系统认知获取信息水冷动力电池冷却系统优点是：电池平均能量效率高；电池模块结构紧凑；冷却效果优异；能集成电池加热组件，解决了在环境温度很低的情况下，加热电池的问题。缺点是：系统复杂，多了很多部件，如水泵、阀、低温水箱，成本增加。以下介绍冷却系统关键部件电动水泵和电子风扇。电动水泵如图4-1-3所示，冷却液循环的动力元件，对冷却液加压，促使冷却液在冷却系统中循环，带走系统散发的热量。图4-1-3 电动水泵 任务1 1 动力电池冷却系统认知获取信息 电子风扇如图4-1-4
6、所示，作用是提高流经散热器、冷凝器的空气流速和流量，以增强散热器的散热能力，并冷却机舱其他附件。图4-1-4 电子风扇 任务1 1 动力电池冷却系统认知获取信息2.风冷动力电池冷却系统风冷动力电池冷却系统结构如图4-1-3所示。图4-1-3 纯电动汽车电池组风冷系统结构 任务1 1 动力电池冷却系统认知获取信息冷却空气在动力电池模块中的流动有串行、并行通风等几种方式。（1）串行通风结构风冷电池模块采用如图4-1-4的串行通风结构。在该散热模式下，冷空气从左侧吹入从右侧吹出。空气在流动过程中不断地被加热，所以右侧的冷却效果比左侧要差，电池箱内电池组温度从左到右依次升高。目前该技术应用在第一代丰田
7、Prius等车型。图4-1-4 电池模块串行通风示意图 任务1 1 动力电池冷却系统认知获取信息（2）并行通风结构并行通风结构如图4-1-5所示。并行通风方式可以使得空气流量在电池模块间更均匀地分布。需要对进排气通道、电池布置位置进行很好的设计。其楔形的进排气通道使得不同模块间缝隙上下的压力差基本保持一致，确保吹过不同电池模块的空气流量的一致性，从而保证了电池组温度场分布的一致性。图4-1-5 电池模块并行通风示意图 任务1 1 动力电池冷却系统认知获取信息（3）冷却风扇控制双模式混合动力电池装备有一个冷却风扇和电池冷却通风导管，电池控制模块使用4个传感器探测电池温度，还有2个传感器探测空气温
8、度，根据温度信号以及风扇转速信号，控制模块通过PWM信号来调节风扇转速，电池组工作温度超出正常范围时，系统启动电池冷却风扇（图4-1-6）。图4-1-6 动力电池冷却风扇 任务1 1 动力电池冷却系统认知任务实施1.实施要求本任务主要认识新能源汽车冷却系统的组成元件。内容包括：（1）认识冷却系统。2.实施准备（1）防护装备：常规实训装备（2）车辆、台架、总成：北汽新能源EV160整车或其他同类车型（3）专用工具、设备：（4）手工工具：无（5）辅助材料：任务1 1 动力电池冷却系统认知任务实施3.实施步骤（1）北汽EV160冷却系统为水冷，由储液壶、散热水箱、电子水泵、驱动电机、驱动电机控制器、
9、PDU以及水管，如图4-1-7所示。a）储液壶b）电子水泵c）驱动电机控制器图4-1-7 EV160冷却系统的组成 任务1 1 动力电池冷却系统认知任务实施（2）储液壶能看到冷却液的液位，电子水泵工作带动冷却液从散热水箱到驱动电机控制器，再从驱动电机控制器流向PDU，再从PDU的出水口流向驱动电机、驱动电机的出水口连接散热器，高温的冷却液经散热器降温。（3）北汽EV160冷却系统没有配备暖风水箱。任务1 1 动力电池冷却系统认知任务考核 1、判断题（1）动力电池的性能与电池温度没有什么影响。（）（2）动力电池组采用冷却系统的作用是：通过对动力电池组冷却或加热，保持动力电池组较佳的工作温度，以改
10、善其运行效率并提高电池组的寿命。（）（3）目前国内常见的全部新能源汽车的电机及控制器都采用冷却系统。（）（4）只要是有动力电池的汽车，就一定会有动力电池冷却系统。（）（5）水冷动力电池冷却系统优点是：电池平均能量效率高；电池模块结构紧凑；冷却效果优异；能集成电池加热组件，解决了在环境温度很低的情况下，加热电池的问题。（）（6）水冷式动力电池系统的冷却效果优于风冷式动力电池系统。（）（7）风冷式动力电池的冷却方式有串行、并行通风等几种方式。（）任务1 1 动力电池冷却系统认知任务考核 2、选择题（1）镍氢电池电化学反应原理决定了镍氢电池在充放、电过程中的生热。生热因素主要有（）个。A、5 B、4
11、 C、3 D、2 （2）除了极少数车型没有采用冷却系统以外，目前应用在动力电池上的冷却方式有（）和（）两种。答案是（）A、风冷，油冷 B油冷、水冷 C、水冷、风冷 D、以上都不正确（3）不属于水冷式动力电池冷却系统的主要部件的是（）。A、中冷器 B、电子水泵 C、冷却管路 D、冷却液控制阀 任务2 动力电池冷却系统检修 任务2 2 动力电池冷却系统检修知识目标（1）能够描述纯电动汽车动力电池冷却系统的结构组成；（2）能够描述混合动力汽车动力电池冷却系统的结构组成。技能目标（1）能够进行冷却系统冷却液泵的更换；（2）能够进行冷却系统电子风扇的更换。素养目标（1）能够制订工作计划，独立完成工作学习
12、任务。（2）能够在工作过程中，与小组其他成员合作、交流并进行学习任务分工，具备团队合作和安全操作的意识。（3）养成服从管理，规范作业的良好工作习惯。（4）培养安全工作的习惯。教学目标 任务2 2 动力电池冷却系统检修一、任务导入二、获取信息三、任务实施学习目录四、任务考核 任务2 2 动力电池冷却系统检修 任务导入一辆北汽EV160纯电动汽车的动力电池冷却水泵有故障，需要排除，你能完成这项任务吗？任务2 2 动力电池冷却系统检修引导问题1:纯电动汽车动力电池冷却系统由哪些结构组成？获取信息荣威E50冷却系统分为2个独立的系统，分别是电源逆变器（PEB）/驱动电机冷却系统、动力电池冷却系统(ES
13、S)。冷却系统利用热传导的原理，通过冷却液在各个独立的冷却系统回路中循环，使驱动电机、PEB和动力电池保持在最佳的工作温度。冷却液是50%的水和50%的有机酸技术（OAT）的混合物。冷却液要定期更换才能保持其最佳效率和耐腐蚀性。注意：冷却液会损坏油漆表面。如果冷却液溢出，要迅速擦掉冷却液并清水冲洗。任务2 2 动力电池冷却系统检修获取信息以下介绍动力电池冷却系统，电源逆变器（PEB）/驱动电机冷却系统在驱动电机中介绍。1.动力电池冷却系统结构组成动力电池冷却系统（ESS）组件如图4-2-1所示。图4-2-1 荣威E50动力电池冷却系统组件 任务2 2 动力电池冷却系统检修获取信息（1）冷却液泵
14、整个冷却系统2个电子水泵，分别是PEB/驱动电机冷却液泵和动力电池冷却液泵。动力电池冷却器冷却泵通过安装支架，并由2个螺栓固定在车身底盘上，经由其运转来循环动力电池冷却系统。（2）冷却液软管橡胶冷却液软管在各组件间传送冷却液，弹簧卡箍将软管固定到各组件上。动力电池冷却系统(ESS)软管布置在前舱内和后地板总成下。（3）膨胀水箱动力电池冷却系统(ESS)配有卸压阀的注塑冷却液膨胀水箱，膨胀水箱安装在PEB托盘上，溢流管连接到电池冷却器出液管上，出液管连接到冷却水管三通上。膨胀水箱外部带有“MAX”和“MIN”刻度标示，便于用户观察冷却液液位。任务2 2 动力电池冷却系统检修获取信息（4）散热器和
15、冷却风扇散热器都是一个两端带有注塑水箱的铝制横流式散热器。散热器的下部位于紧固在前纵梁的支架所支承的橡胶衬套内。散热器的顶部位于水箱上横梁支架所支承的橡胶衬套内，支承了冷却风扇总成，空调(A/C)冷凝器。空调(A/C)冷凝器安装在散热器后部，由4个螺栓固定至冷却风扇罩上。冷却风扇和驱动电机总成及风扇低速电阻安装在空调(A/C)冷凝器后部的风扇罩上。“吸入”式风扇抽取空气通过散热器。（5）冷却液温度传感器冷却液温度传感器安装在散热器右侧前部，内含一个封装的负温度系数(NTC)热敏电阻，该电阻与PEB/驱动电机冷却系统冷却液相接触，是分压器电路的一部分。该电路由额定的5伏电源、一个PEB控制模块内
16、部电阻和一个温度相关的可变电阻（传感器）组成。任务2 2 动力电池冷却系统检修获取信息（6）电池冷却器电池冷却器（Chiller）是动力电池冷却系统的一个关键部件，它负责将动力电池维持在一个适当的工作温度，使动力电池的放电性能处于最佳状态。电池冷却器主要由热交换器、带电磁阀的膨胀阀（TXV）、管路接口和支架组成。热交换器主要用于动力电池冷却液和制冷系统的制冷剂的热交换，将动力电池冷却液中的热量转移到制冷剂中。任务2 2 动力电池冷却系统检修获取信息2.动力电池冷却系统控制动力电池冷却系统控制框图如图4-2-2所示。（1）电动水泵控制动力电池冷却系统（ESS）的电池能量管理模块（BMS）模块负责
17、控制电动水泵，电动水泵会在动力电池温度上升到32.5时开启，在温度低于27.5时关闭，BMS发出要求电池冷却器膨胀阀关闭和水泵运转的信号。图4-2-2 荣威E50动力电池冷却系统控制框图 任务2 2 动力电池冷却系统检修获取信息（2）电池冷却器-膨胀阀控制/冷却液温度控制空调控制模块（ETC）收到来自BMS的膨胀阀电磁阀开启的信号要求，ETC首先打开电池冷却器膨胀阀的电磁阀，并给ETC发送启动信号。动力电池最适宜温度值为20-30。正常工作时，当动力电池的冷却液温度在30以上时，ETC会限制乘客舱制冷量，冷却液温度在48以上，ETC会关闭乘客舱制冷功能，但除霜模式除外。ETC只控制冷却液温度。
18、BMS控制冷却液与BMS动力电池内部的热量交换。（3）快速充电冷却必要条件当车辆进入快速充电模式时，ETC会被网关模块唤醒，此时动力电池冷却系统进入正常工作状态。任务2 2 动力电池冷却系统检修获取信息3.动力电池冷却液循环路线图动力电池冷却液流循环路线图如图4-2-3所示。图4-2-3 荣威E50动力电池冷却液循环路线图 任务2 2 动力电池冷却系统检修引导问题2:混合动力汽车动力电池冷却系统由哪些结构组成？获取信息普锐斯混合动力汽车动力电池总成（图4-2-4）采用的是风冷冷却系统，因此位于后备箱内还布置有电池的冷却管路。图4-2-4 普锐斯风冷电池组 任务2 2 动力电池冷却系统检修获取信
19、息如图4-2-5是普锐斯 镍氢电池组-乘员舱空气冷却系统结构示意图。图4-2-5 冷却系统工作示意图 任务2 2 动力电池冷却系统检修获取信息蓄电池（动力电池）在温度较高的时候，利用乘客舱内空调产生的冷空气对电池组进行冷却；当环境温度较低时，也会利用在低温情况下乘客舱内暖的空气对电池组进行保温。冷却空气通过后排座椅右侧的进气管流入，并通过进气风道进入行李箱右表面的蓄电池鼓风机总成，而且，冷却空气流过进气风道（将动力电池鼓风机总成与蓄电池总成的右上表面相连接）并流向动力电池总成。冷却空气在蓄电池模块间从高处向低处流动。在对模块进行制冷后，它从动力电池总成的底部右侧表面排出。制冷后的空气通过行李箱
20、右侧排气通道排出，并排放到车辆外部。电池管理模块使用蓄电池温度传感器来检测动力电池总成的温度。根据该检测的结果，电池管理模块控制蓄电池鼓风机总成，当动力电池温度上升到预定温度时，蓄电池鼓风机总成将起动。任务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施1.实施要求本任务主要学习动力电池冷却系统的检修。内容包括：（1）水泵不工作故障排除。2.实施准备（1）防护装备：安全防护装备（2）车辆、台架、总成：北汽新能源整车或台架，或其他车型整车或台架。（3）专用工具、设备：汽车专用电表（4）手工工具：绝缘拆装组合工具。（5）辅助材料：警示标示和设备；绝缘地胶；清洁剂 任务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施3.实
21、施步骤（1）水泵不工作故障排除。1）取下水泵保险丝：取下车钥匙，如图4-2-6所示。图4-2-6 取下车钥匙 任务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施拆下了辅助蓄电池负极，如图4-2-7所示。图4-2-7 拆下了蓄电池负极 任务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施取下保险丝盒盖，如图4-2-8所示。图4-2-8 取下保险丝盒盖 任务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施取下保险片夹子，如图4-2-9所示。图4-2-9 取下保险片夹子 任务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施取下MB02（20A）水泵保险丝，如图4-2-10所示。图4-2-10 取下MB02（20A）水泵保险丝 任务2 2 动力电
22、池冷却系统检修任务实施安装保险片夹子。取下R05水泵继电器，如图4-2-11所示。图4-2-11 取下R05水泵继电器 任务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施2）检测保险丝：打开万用表，并使用万用表电阻档，如图4-2-12所示。图4-2-12 使用万用表电阻档 任务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施红表笔与黑表笔对表，阻值为0.1。红表笔和黑表笔分别连接保险丝端子，测量值为0.6，说明保险丝正常无损坏，如图4-2-13所示。收起红表笔和黑表笔。关闭万用表。注意事项：测量电阻前，万用表必须进行校零。图4-2-13 红表笔和黑表笔分别连接保险丝端子 任务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施3）
23、测量保险丝到继电器端线路的通断。检测保险丝到继电器30号端子的线路通断：a.打开万用表，并使用万用表电阻档。b.红表笔与黑表笔对表，阻值为0.3，正常阻值应小于1。c.红表笔连接继电器30号端子，黑表笔连接保险丝MB02号端子。d.测量值为导通（正常值为导通）。检测保险丝到继电器86号端子的线路通断（如图4-2-14所示）：a.红表笔连接继电器86号端子。b.黑表笔连接保险丝MB02号端子。c.测量值为导通（正常值为导通）。d.收起红表笔和黑表笔，并关闭万用表。图4-2-14 检测保险丝到继电器86号端子的线路通断 任务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施4）测量继电器到电子水泵线路的通断。打
24、开万用表，并使用万用表电阻档。红表笔与黑表笔对表，阻值为0.3。黑表笔连接继电器87号端子，红表笔连接电子水泵插接器1号脚。测量值为导通，正常（正常值为导通）收起红表笔和黑表笔。关闭万用表。任务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施5）测量继电器到控制单元VCU的线路通断：拆卸控制单元VCU插接器，如图4-2-15所示。打开万用表，并使用万用表电阻档。红表笔与黑表笔对表，阻值为0.3，正常（正常阻值应小于1）。红表笔连接水泵继电器85号线束端子，黑表笔连接控制单元VCU 115号端子。测量值为导通，正常（正常值为导通）。收起红表笔和黑表笔，关闭万用表。图4-2-15 拆卸控制单元VCU插接器 任
25、务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施6）检查控制单元VCU线路的通断。打开万用表，并使用万用表电阻档。红表笔与黑表笔对表，阻值为0.3（正常阻值应小于1）。黑表笔连接控制单元VCU115号端子，红表笔连接车身搭铁，如图4-2-16所示。测量值为导通，正常（正常值为导通）。收起红表笔和黑表笔，关闭万用表。图4-2-16 检查控制单元VCU线路的通断 任务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施7）检测继电器是否正常。检测继电器线圈电阻：a.打开万用表，并使用万用表电阻档。b.红表笔与黑表笔对表，阻值为0.3（正常阻值应小于1）。c.红表笔连接继电器85号端子，黑表笔连接继电器86号端子，如图4-2
26、-17所示。图4-2-17 检测继电器线圈电阻 任务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施d.测量值76.6，正常（正常范围：75-80），如图4-2-18所示。图4-2-18 万用表读数 任务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施检测继电器线圈绝缘性。a.红表笔与黑表笔对表，阻值为0.3，正常（正常阻值应小于1）。b.红表笔连接继电器85号线束端子，黑表笔分别连接继电器30和87号端子。c.测量值为无限大，正常（正常应无限大）。d.黑表笔分别连接继电器86号端子，红表笔分别连接继电器30和87号端子。e.测量值为无限大，正常（正常应无限大）。f.收起红表笔和黑表笔，关闭万用表。注意事项：30和8
27、7号端子为常开开关、测量值应为无限大。任务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施继电器加载测量。a.打开万用表，并使用万用表电阻档。b.红表笔与黑表笔对表，阻值为0.3，正常（正常阻值应小于1）。c.12V电源红表笔链接继电器86号端子，12V电源黑表笔链接继电器85号端子，如图4-2-19所示。d.打开模拟12V电源开关。e.黑表笔分别连接继电器30号端子，红表笔分别连接继电器87号端子，测量值为无限大，正常（正常应无限大）。f.收起红表笔和黑表笔，关闭万用表。g.收起模拟12V电源红表笔和黑表笔，关闭模拟12V电源开关。图4-2-19 继电器加载测量 任务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施
28、8）安装蓄电池负极，并使用10mm扳手紧固负极线固定螺栓。标准力矩：10Nm9）检测保险丝电源电压（如图4-2-20所示）打开万用表，使用万用表电压档测量。红表笔连接保险丝MB02号电源端子，黑表笔连接低压蓄电池负极端子。测量值为低压蓄电池电源电压，正常（正常值为低压蓄电池电源电压）。收起红表笔和黑表笔。图4-2-20 检测保险丝电源电压 任务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施10）检测继电器电源电压（如图4-2-21所示）。安装MB02（20A）水泵保险丝。打开万用表，使用万用表电压档测量。红表笔连接继电器86号电源端子，黑表笔连接低压蓄电池负极端子。测量值为低压蓄电池电源电压，正常（正常
29、值为低压蓄电池电源电压）。图4-2-21 检测继电器电源电压 任务2 2 动力电池冷却系统检修任务实施收起红表笔和黑表笔。红表笔连接继电器30号电源端子，黑表笔连接低压蓄电池负极端子。测量值为低压蓄电池电源电压，正常（正常值为低压蓄电池电源电压）。收起红表笔和黑表笔，关闭万用表。安装R05水泵继电器和保险丝盒盖，如图4-2-22所示。图4-2-22 安装保险丝盒盖 任务2 2 动力电池冷却系统检修任务考核 1、判断题（1）荣威E50冷却系统分为2个独立的系统，分别是电源逆变器（PEB）/驱动电机冷却系统、动力电池冷却系统(ESS)。（）（2）冷却系统利用热传导的原理，通过冷却液在各个独立的冷却
30、系统回路中循环，使驱动电机、PEB和动力电池保持在最佳的工作温度。冷却液是50%的水和50%的有机酸技术（OAT）的混合物。冷却液要定期更换才能保持其最佳效率和耐腐蚀性。（）（3）动力电池冷却系统主要由冷却液泵、膨胀水箱、散热器、电池冷却器组成。（）（4）蓄电池（动力电池）在温度较低的时候，利用乘客舱内空调产生的冷空气对电池组进行冷却。（）（5）电池管理模块使用蓄电池温度传感器来检测动力电池总成的温度。根据该检测的结果，电池管理模块控制蓄电池鼓风机总成，当动力电池温度上升到预定温度时，蓄电池鼓风机总成将起动。（）（6）用万表测量保险丝的端子，测量值电阻为无穷大，说明保险丝损坏。（）任务2 2 动力电池冷却系统检修任务考核 2、选择题（1）荣威E50冷却系统分为（）个独立的系统。A、5 B、4 C、3 D、2 （2）普锐斯混合动力汽车动力电池总成采用的是（）冷却系统，因此位于后备箱内还布置有电池的冷却管路。A、风冷 B、水冷 C、油冷 D、以上都不对（3）万用表检查自身的内阻，正常的内阻值应小于（）。A、0.1 B、1 C、3 D、5（4）用万用表快速判断线路的通断，通常采用的的档位是（）。A、电阻档 B、电压档 C、电流档 D、蜂鸣档
