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设计电动汽车动力电池模块的先期维修性
来源:汽车电器  作者:佚名  2013-06-29 11:35:55

2.2维修特性分析
    根据传统车上各个零部件的维修经验,针对动力电池模块有两种方案,一种是像发动机零部件一样进行设计分解,这样似乎可以在很大程度上降低维修成本。但是也遇到诸多的问题。
    1)锉电池组结构复杂,且危险性较高。若打开外壳,维修人员将直接面对内部高压电池,以本公司的电动汽车为例,中混汽车的动力电池的直流电压可达到120 V;强混动力电池汽车、纯电动汽车的输出达到300多伏。随着电动车中电池组所占动力驱动比例的增加,其输出电压越高,危险性也越大。
    2)同一个动力电池模块内部各个锂电池组之间也无法如普通零件一样随便替换。如果加入一节新模块而旧模块仍在使用,不仅会对电池的使用寿命造成影响,也影响电池组之间的平衡。
    3)维修设备及人员需求严格。本公司的强混汽车的动力电池模块,除了上面说的高压的原因,在当前的设计中其防水防尘等级要求是IP67,需要专业的设备及人员才能进行维修操作。
    另一种则是采用总成更换的策略,如果判断是电池的故障,则交由维修站直接进行总成更换。保证了消费者的权益,但是在意外碰撞或质保期之外,消费者的维修成本相当高昂。从中混汽车到纯电动汽车,动力电池占整车的成本从15%左右且不断增加,采用总成更换的维修方法几乎可以使所有消费者打退堂鼓。质保期内,主机厂或动力电池供应商负担较重,也不利于大面积推广。

3模块维修性设计思路
    虽然将动力电池模块整体更换比较方便,但是拆散更换的综合成本和市场因素,推广子零件维修是新能源汽车发展的必然趋势。因此,根据前文所述,对零件责任工程师的先期维修性设计经验提出了相应要求,其中以下几点必须针对拆散之后产生的实际状况做进一步的考虑。
    1)诊断设计除了电池模块本身功能失效的诊断设计外,动力电池模块在拆散之后,其内部子零件增多,必须考虑要尽量对各个子零件的故障定义清晰。因此在动力电池模块设计之初,评估模块内部各子零件的潜在失效模式(DFMEA),根据各种失效形式设计对应诊断故障码(DTC );同时提供一些可读参数并给出正常工作的有效14值区间,这些参数用来帮助维修人员通过售后诊断设备读取和判断子零件的工作状态。例如:每个锂电池组定义为最小可维修电池组模块,对每个电池组的温度、电压、电流等进行监控,给定这些参数的合理范围,在超出规定范围的时候,即产生DTC;同时给出这些参数的诊断仪读取功能,以便维修人员实时判断。

    2)替换性由于动力电池模块结构及程序的复杂性,内部有的子零件控制模块不能直接替换。例如:电池管理模块一方面包含用户的一些驾驶习惯,在用户使用过程中能够自学习,记录一些行车数据,车辆驾驶者的驾驶习惯;另一方面随着用户的使用,锂电池组的状态也随之发生一系列变化,动力控制模块能够根据电池的状态不断调整控制逻辑:锂电池性能随着使用时间逐步衰减,本质上产生变化的数据如电池的开路电压OCV、内部电阻IR、荷电状态SOC等被不断记录并存储。如果更换控制模块,则必须把旧的控制器中这些用户数据备份出来并复制到新的控制器中;如果更换其中一个锂电池组,则新锉电池组进入系统后,必须根据新更换锂电池组的数据调整控制器内部相应数据。当然,还必须设计出一种控制逻辑缺省模式,以防止原控制模块彻底损坏而无法备份数据,从而对电池损害程度降到最低。

    3)易损件根据零部件测试试验及DFMEA的水平,评估出易损件信息。一些对电池的保护装置,如熔断丝、安全开关等,必须采用可更换、易拆卸的原则进行设计。例如:高压电池本身的密封性为IP67,易损件的拆卸较为频繁,因此,若将熔断丝、安全开关设计密封在外围单独区域,与内部其他零件隔离,将有助于降低维修这些易损件产生的影响。

4小结
    随着电动汽车的蓬勃发展,在舆论方面高呼中国电动汽车发展同步于世界水平的时候,我们仍然需要在设计汽车的各个方面从传统汽车制造厂商的经验积累中,寻找有价值的工作流程。对先期维修性设计的深入研究,将使我们在动力电池模块的发展中,尽快拉近电动汽车和消费市场的距离。

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