新能源汽车充电系统及其故障分析

新能源汽车充电系统及其故障分析

王善飞

江门市工贸职业技术学校

摘要：某车间汽车维修人员小王接到一张任务工作单：车主驾驶一辆比亚迪秦电动汽车时仪表显示剩余电量20%，就将车开到附近的充电站进行充电，但是插入充电枪后系统提示车载充电机与充电桩连接故障，重复操作了几次，均存在同样的问题。如果你是小王，应该如何检修该故障？

关键词：剩余电量、慢充故障、充电桩

一、慢速充电系统的组成

慢速充电系统通过慢速充电线束（家用慢速充电线束或充电桩慢速充电线束）与220 V 家用交流插座或交流充电桩相连给动力电池进行供电。慢速充电系统将220 V 交流电转化为直流电，以实现对动力电池的电能补给。

慢速充电系统主要由供电设备（充电宝、慢充桩）、慢充口、慢充线束、车载充电机、高压控制盒和动力电池等组成。

1. 供电设备

慢速充电系统的供电设备主要是充电宝和慢充桩两种。

（1）充电宝（如图1）

纯电动汽车的充电宝三相端接家用三相插座，另一端接车辆慢充口。

（2）慢充桩

慢充桩是采用有线传输方式为具有车载充电机的纯电动汽车提供交流电能，提供人机操作界面和交流充电接口，并具备相应保护功能的专用装置。慢充桩应用在各种大、中、小型纯电动汽车充电站，有便携式和壁挂式等类型，如图1 所示，其特点是充电功率较小，充电时间较长。

2. 慢充口（如图1）

慢充口适用于纯电动汽车传导充电使用，大多数位于传统汽车的油箱口位置。打开充电盖后可以看到充电插头为7 孔式，其连接端口布置形式及端口针脚定义。

                图1

3. 慢充线束

（1）慢充线束的作用及其安装位置

慢充线束是连接慢充口与车载充电机之间的线束，其作用是将慢充桩输入的220 V 交流电输送到车载充电机。慢充线束在实车上的安装位置。

（2）慢充线束两端的端口

慢充线束的一端连接车载充电机交流输入端，其端口布置形式及端口针脚定义，慢充线束的另一端连接慢充口，端口针脚定义同慢充口端口针脚定义。

4. 车载充电机

（1）车载充电机的外观及端口

车载充电机的作用是将输入的220 V 交流电转换为纯电动汽车动力电池所需的290 ～ 420 V 高压直流电，以实现动力电池电量的补给。车载充电机的外观及端口。

① 交流输入端。为连接慢充线束的一端，作用是通过慢充线束将220 V 交流电输入车载充电机，其端口针脚定义见慢充线束。

② 直流输出端。通过高压附件线束将转换后的动力电池所需的290 ～ 420 V 高压直流电送往至高压控制盒，其端口针脚定义。

③ 低压控制端。低压控制端的端口针脚定义。

（2）车载充电机的功能

纯电动汽车的车载充电机采用高频开关电源技术。

（3）车载充电机的内部结构

车载充电机的内部可分为主电路、控制电路、线束及标准件三部分。

（4）车载充电机的工作状态

车载充电机上共有三个指示灯。对车辆进行充电时，应查看指示灯是否正常。

二、慢速充电系统的充电条件、工作原理及工作过程

1. 慢速充电系统的充电条件

使用交流充电桩对动力电池进行能量补充时，慢速充电系统对充电条件有如下要求：

① 充电线连接确认信号正常。

② 充电机供电电源220 V 和12 V 正常，充电机工作正常。

③ 充电唤醒信号12 V 输出正常。

车载充电机：又称交流充电机，固定安装在汽车上。当需要充电时，只需要将车载充

电机的插头插接到停车场或其附近的交流电源插座上或是专用的充电桩。

上，与地面交流电源连接即可进行充电。

地面充电机：又称直流充电机，是采用直流充电模式（以充电机输出的可控直流电源

直接对动力电池总成进行充电）为汽车的动力电池进行充电。

二、慢速充电系统的充电条件、工作原理及工作过程

1. 慢速充电系统的充电条件

使用交流充电桩对动力电池进行能量补充时，慢速充电系统对充电条件有如下要求：

① 充电线连接确认信号正常。

② 充电机供电电源220 V 和12 V 正常，充电机工作正常。

③ 充电唤醒信号12 V 输出正常。

④ 充电机、VCU、BMS 之间通信正常。

⑤ 动力电池电芯温度为0℃～ 45℃。

⑥ 单体电池最高电压与最低电压差小于0.3 V。

⑦ 单体电池最高温度与最低温度差小于15℃。

⑧ 绝缘性能大于10 MΩ。

⑨ 实际单体最高电压不大于额定单体电压0.4 V。

⑩ 高低压电路连接正常。（远程控制开关为关闭状态）

2. 慢速充电系统的工作原理

慢充充电系统的工作原理电路图2。

慢速充电系统的工作原理电路图2

（1）可充电状态检测

判断纯电动汽车慢充前是否处于可充电状态可进行如下检测：

① 当车辆插头与车辆插座插合后，充电桩通过测量检测点4 的电压值来判断供电插头与插座是否完全连接，车辆控制装置通过测量RC 的电阻值来确认车辆接口是否完全连接（CC 检测）。

② 如果充电桩无故障，并且供电接口已完全连接，则S1 与+12V 连接状态切换至PWM ( 脉冲宽度调制）连接状态，充电桩控制装置发出PWM 信号。充电桩通过检测点1 的电压值来判断充电装置是否完全连接。车辆控制装置通过测量检测点2 的PWM 信号，判断充电连接装置是否已完全连接（CP 检测）。

③ 在车载充电机（OBC) 自检没有故障，并且电池组处于可充电状态时，车辆控制装置闭合S2。

（2）慢速充电系统的工作原理

  当纯电动汽车和快充桩建立电气连接后，车辆控制装置通过判断检测点2 的 PWM 信号占空比确认供电设备的最大可供电能力，并且通过判断电阻值来确认电缆的额定容量。车辆控制装置对快充桩当前提供的最大供电电流值、车载充电机的额定输入电流值及电缆的额定容量进行比较，将其最小值设定为车载充电机当前最大允许输入电流，当设置完成后，车载充电机开始对纯电动汽车进行充电。

3. 慢速充电系统的工作过程

交流充电桩提供的交流电经车载充电机整流、滤波、升压后转换为高压直流电压，通过高压控制盒连接到动力电池。

4．慢速充电系统的工作过程具体分为以下几个阶段：

① 交流供电。将充电枪连接到交流快充桩（或家用16 A 供电插座），充电桩向纯电动汽车输入交流电。

② 充电唤醒。充电枪通过CC 连接确认信号后，车载充电机通过硬线向VCU、BMS 发出充电唤醒信号、连接确认信号。整车控制器唤醒仪表显示连接状态。

③ 动力电池系统检测充电需求。动力电池系统首先检测动力电池有无充电需求，计算需要的充电电流。

④ 动力电池系统发送充电指令。检测完毕后动力电池系统会将充电指令发送给车载充电机，由整车控制器发出指令，并由动力电池管理模块控制闭合动力电池正、负主继电器，开始充电。

⑤ 充电过程。车载充电机开始工作，将外部供电设备提供的220 V 交流电转换为动力电池的高压直流电储存到动力电池组件。

⑥ 停止充电。当动力电池系统检测到充电完成后，发送指令给车载充电机，此时，车载充电机停止工作，动力电池组件断开继电器。

三、慢速充电系统常见故障及其处理方法：

1．充电桩显示车辆未连接： ① 检查车辆与充电桩两端的充电枪是否反接

② 检查充电枪车端CC 与PE 是否有680/220 Ω 电阻

③ 检查充电枪桩端CC 与PE 是否导通

④ 检查VCU70 脚与CC 是否导通

2．动力电池继电器未闭合：①检查连接器是否正常连接，②检查充电机输出唤醒是否正常

③检查VCU 与BMS 通讯是否正常④检查BMS内部是否有故障

3. 电池继电器正常闭合，但充电机无输出电流：①检查高压连接器及线缆是否正确连接

② 用诊断仪查看充电监控状态；

四、结语

新能源汽车是未来的发展趋势，但是很多人买回来之后，出现了上述的一系列的问题。其实这些情况大部分都是操作不规范造成的，因此新能源汽车充电时要注意的事项有：1、新能源汽车运行高温后不能立即充电；2、充电插头不要沾雨水；3雷暴天不能充电；4、新能源汽车充电时不建议车内空调；5、车辆充电时人员最好不要呆在车内；6、合理安排车辆充放电；7、选择符合国家标准的充电桩；