比亞迪e5充電系統(tǒng)工作過程及常見故障檢修

艾 剛

（廣州市交通運輸職業(yè)學(xué)校，廣東 廣州 510440）

1 充電系統(tǒng)

比亞迪e5充電系統(tǒng)主要有交流充電口、直流充電口、高壓電控總成、動力電池包、電池管理器組成，如圖1所示。

圖1 比亞迪e5充電系統(tǒng)組成

e5電動汽車有兩種充電方式：直流充電和交流充電。交流充電主要是通過交流充電樁、掛壁式充電盒以及家用供電插座接入交流充電口，通過高壓電控總成將交流電轉(zhuǎn)為650V直流高壓電給動力電池充電。直流充電主要是通過充電樁將直流高壓電直接通過直流充電口給動力電池充電。一般經(jīng)營企業(yè)多采用直流快充方式給車輛充電，減少充電時間，提高車輛經(jīng)營效率；普通車主基于方便，常用交流慢充。車輛快充 （380V／50Hz／63A） 電流較大，對電池壽命有一定影響，而交流慢充 （220V／50Hz／32A或者220V／50Hz／16A），電流較小，可以將電池充滿，對電池傷害較小。

2 交流充電系統(tǒng)工作過程

比亞迪e5充電接口安裝在車輛進(jìn)氣格柵處，基于車輛設(shè)計和使用方便將交、直流接口安裝在一起，比亞迪e5交流、直流充電端口位置如圖2所示。

圖2 比亞迪e5交流、直流充電端口位置

比亞迪e5交流充電口按照GB／T 20234.2-2011充電端口定義，共有7個端子，各端子定義及名稱如圖3所示。

比亞迪e5交流 （慢充）充電導(dǎo)引控制電路原理如圖4所示，從左至右分別是供電設(shè)備、供電設(shè)備接口、車輛端口和電動汽車4部分。交流充電與直流充電相比，單相交流電通過車輛接口先進(jìn)入車載充電機，然后進(jìn)行升壓處理后給電池充電。其充電過程大致分以下過程。

圖3 比亞迪e5交流充電端口定義及實物

圖4 交流 （慢充）充電導(dǎo)引控制電路原理

2.1 充電連接確認(rèn)

充電槍插入車輛接口后，供電設(shè)備端子CC由供電控制裝置監(jiān)測點4檢測到充電連接信號，然后供電控制裝置控制S1開關(guān)由12V切換至PWM （脈寬調(diào)制信號）端子。PWM信號經(jīng)充電槍接口和車輛接口CP端子送至檢測點2，車輛控制裝置檢測到脈沖信號后，車輛控制裝置確認(rèn)供電設(shè)備供電能力并完成充電連接確認(rèn)。

2.2 充電喚醒

車輛控制裝置通過測定檢測點3 CC與PE之間的電阻RC，其中開關(guān)S3為車輛插頭內(nèi)部開關(guān)，為常閉型開關(guān)，其開關(guān)與機械鎖止裝置關(guān)聯(lián)，當(dāng)按下充電槍機械鎖止開關(guān)，S3開關(guān)會斷開。通過檢測RC電阻，正常值為680Ω，確認(rèn)正常后，完成充電喚醒過程。

2.3 供電設(shè)備給車輛充電

充電槍完好插入充電接口，充電連接正常并完成充電喚醒后，供電控制裝置通過檢測1點脈沖電壓，確定充電功率，接通電源K1、K2開關(guān)，傳導(dǎo)線分別與車輛充電接口L端子和N端子連接，BMS電池管理系統(tǒng)控制模塊控制車輛低壓IG3繼電器吸合給相關(guān)部件提供電源，BMS得電后執(zhí)行充電程序并拉低儀表充電指示燈信號，綠色充電指示燈點亮，并在顯示屏顯示充電信息 （SOC值、充電電壓、充電電流、剩余充電時間等）。

2.4 充電過程中

在充電過程中，供電控制裝置和車輛控制裝置周期性監(jiān)測各個檢測點信號。車輛控制裝置通過監(jiān)測檢測點2脈沖電壓信號，調(diào)節(jié)車載充電機輸出功率。在充電過程中，為了節(jié)省充電時間和保護(hù)電池，一般先采用恒流充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到一定值或者達(dá)到單體電壓額定值和限定溫度時，采用恒壓充電，以較小電流對電池充電直至充滿。在充電過程中，BMC電池管理控制器周期性監(jiān)測13個電池模組中單體電池電壓、電流、溫度，防止電池過充、溫度過高，單體電池電壓不高于3.7V，電池最高溫度不超過65℃，否則限制供電功率，甚至停止充電。

2.5 充電結(jié)束

當(dāng)BMC電池管理控制器檢測到充電完成，或者達(dá)到預(yù)約充電時間以及駕駛員停止充電操作，車輛控制裝置斷開S2開關(guān)，同時開關(guān)S1切換至12V，S2開關(guān)斷開使供電控制斷開K1、K2，結(jié)束充電。

3 直流充電工作過程

直流充電口按照國家標(biāo)準(zhǔn)制定有9個端口，各個端口位置定義和實物如圖5所示。

直流充電系統(tǒng)與交流充電系統(tǒng)相比，不僅增加了2個端口，而且有很大差別。DC+、DC-是經(jīng)充電樁逆變整流后的直流電源，S+、S-是充電樁與車輛電池管理控制器BMC通信端子，CC1為充電樁與車輛連接確認(rèn)信號、CC2是車輛控制器與充電樁連接確認(rèn)信號，A+、A-是充電樁給電池管理控制器BMC提供工作電源，PE為車身搭鐵。直流充電系統(tǒng)工作原理如圖6所示。

圖5 比亞迪e5直流充電端口定義和實物

其中U1、U2分別是充電樁提供的工作穩(wěn)壓電源均為12V，R1、R2、R3、R4、R5是充電連接確認(rèn)檢測電阻，在工作電路中等效電阻值均為1kΩ，K1／K2、K3／K4、K5／K6為接觸器。直流充電主要分準(zhǔn)備階段、自檢階段、充電階段、充電結(jié)束4個過程。

3.1 準(zhǔn)備階段

將直流充電槍插入車輛充電口，充電樁中U1與電阻R2、機械鎖止開關(guān)、CC1、R4和車身搭鐵形成工作回路，車輛控制裝置中U2與電阻R5、CC2、R3和車身搭鐵形成電路回路，當(dāng)充電樁控制裝置檢測到檢測點1電壓為4V（U1=12V×0.5kΩ／（1kΩ+0.5kΩ），則確認(rèn)充電線路完全連接。

3.2 自檢階段

充電槍線路完全連接后，充電樁控制裝置控制接觸器K3／K4閉合，將12V低壓電通過A+、A-端子傳輸給車輛控制器。車輛控制裝置U2檢測到檢測點2電壓為6V （U檢測點2=12V×1kΩ／（1kΩ+1kΩ），然后車輛控制裝置通過S+、S-與充電樁控制裝置進(jìn)行通信，充電樁控制裝置控制接觸器K1／K2閉合，檢測充電直流母線搭鐵絕緣性，保證充電過程安全進(jìn)行。絕緣測試完成后，斷開接觸器K1／K2，自檢階段完成。

3.3 充電階段

充電樁自檢階段完成后，車輛控制裝置控制接觸器K5／K6閉合，形成充電回路，充電樁檢測到車輛端電池電壓正常 （電壓與通信中描述的電池電壓誤差小于±5%），且在充電樁輸出最大、最小電壓范圍內(nèi)），控制接觸器K1／K2閉合，開始充電，在充電過程中，車輛控制裝置實時發(fā)送電池充電需求參數(shù)，充電樁根據(jù)該參數(shù)實時調(diào)整充電電壓和電流，并相互發(fā)動各自的狀態(tài)信息 （充電模式、充電電壓、充電電流、電池溫度、當(dāng)前SOC、單體電池最高和最低電壓等信息）。

3.4 充電結(jié)束

車輛根據(jù)BMC是否達(dá)到充滿狀態(tài)或者是受到充電樁發(fā)來的“充電樁中止充電報文”來判斷是否結(jié)束充電。滿足以上條件，車輛會發(fā)出“車輛中止充電報文”，在確認(rèn)充電電流小于5A后斷開K5／K6接觸器，充電樁控制器接收到“車輛中止充電報文”，在確認(rèn)充電電流小于5A后，斷開K1／K2接觸器，然后斷開接觸器K3／K4，結(jié)束充電。

4 比亞迪e5充電系統(tǒng)常見故障與診斷

4.1 交流充電常見故障與診斷

比亞迪e5轎車在充電前，必須將電源置于OFF擋位，才可以正常充電，因此首先檢查車輛電源擋位，確保在OFF擋位。車輛無法充電主要有以下4個方面故障 （表1）。

4.1.1 充電槍、車輛接口CC、PE線束故障

CC信號是充電感應(yīng)信號，當(dāng)充電裝置和車輛控制裝置沒有檢測到CC信號，不能起動充電，首先測量充電槍，車輛接口CC、PE電阻，是否在規(guī)定范圍。常見的是PE車身搭鐵線斷路、松脫、銹蝕。

圖6 直流充電系統(tǒng)工作原理

表1 交流無法充電故障部位

4.1.2 高壓電控總成VTOG沒有接收到CP充電控制信號

充電槍插入車輛充電接口后，高壓電控總成VTOG會通過CP接收充電感應(yīng)信號和CC充電控制信號后，VTOG發(fā)送充電連接信號到BMS和BCM，BCM控制雙路繼電器工作，雙路電喚醒BMS、組合儀表。高壓電控總成VTOG沒有接收到CP充電控制信號，不會喚醒BMS，無法接通充電電路。因此，先確定充電槍、充電口無故障，用萬用表檢測高壓電控總成與充電接口電路導(dǎo)通性。充電接口與高壓電控總成部分電路圖如圖7所示。

4.1.3 電池管理系統(tǒng)BMS沒有接收到VTOG發(fā)送的充電感應(yīng)信號

高壓電控總成VTOG接收到CP充電控制信號后，BMS、BCM喚醒，接通雙路繼電器，給VTOG、BMS提供雙路電工作電源，然后BMS檢測VTOG發(fā)送的充電感應(yīng)信號CC，控制分壓接觸器、正極接觸器、負(fù)極接觸器、預(yù)充接觸器、交流接觸器工作，實現(xiàn)充電。因此需要用萬用表檢測VTOG至BMS充電感應(yīng)信號導(dǎo)通性，正常電阻小于1Ω，充電時，對搭鐵電壓小于1V。部分雙路電控制電路如圖8所示。

4.2 直流充電常見故障與診斷

比亞迪e5有直流快速充電功能，快充一般需要2～3h，額定電流最大可以達(dá)到63A。直流充電故障也歸納為以下4個部分，如表2所示。

圖7 充電接口和高壓電控總成部分電路圖

圖8 部分雙路電控制電路

表2 直流無法充電故障部位

4.2.1 直流充電口、充電槍故障

首先檢查直流充電口、充電槍線束是否有松脫、退針現(xiàn)象。重點檢查CC1、CC2充電連接端子。用萬用表檢測，直流充電端口CC1與PE端是否有1kΩ電阻，直流充電槍CC2與PE端子是否有1kΩ電阻，否則檢查線路。以上檢查正常，在充電狀態(tài)下，用萬用表電壓擋檢查車輛充電口A+、A-背端子電壓，正常為12V，否則不能控制直流充電繼電器K3-1閉合，無法提供雙路電，直流充電接觸器+、直流充電接觸器-無工作電源。部分雙路電及直流充電接觸器電路圖如圖9所示。

4.2.2 電池管理器故障

電池管理器接收來自充電槍CC2直流充電感應(yīng)信號，控制電池包給四合一充電預(yù)充，然后通過S+、S-與充電樁進(jìn)行通信，將車輛電池信息 （總電壓、溫度、SOC、單體電池最高、最低電壓）與充電樁進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，確定充電是否進(jìn)行和充電程度。因此需要用萬用表檢查電池管理器插接件BMC02與充電口導(dǎo)通性，正常值參考表3。

圖9 部分雙路電及直流充電接觸器電路

表3 電池管理器BMC02與充電端口導(dǎo)通性

以上檢查均正常，檢查高壓電控總成，將電源置于OFF擋位，連接充電槍，給車輛充電。用萬用表檢查電池管理器插接件BMC02與車身搭鐵電壓、電阻情況，正常值如表4所示。

表4 電池管理器BMC02與車身搭鐵電壓、電阻標(biāo)準(zhǔn)值

以上檢查正常，斷開充電槍，拔下電池管理器插接件，將直流充電正負(fù)接觸器控制腳與車身搭鐵短接，正負(fù)接觸器應(yīng)吸合，用萬用表檢測充電口DC+與DC-電壓，正常值約為650V，通過短接直流接觸器能吸合，說明接觸器良好，故障在電池管理器，應(yīng)進(jìn)一步檢查電池管理器或更換電池管理器，如果沒有檢測到650V電壓，說明高壓電控總成有故障。

5 結(jié)語

在檢修交流、直流無法充電故障時，除了重點檢查以上關(guān)鍵信號外，熔斷絲、繼電器、接觸器、線路也是要留意的，在插入充電槍后，車輛前艙位置會有接觸器、繼電器吸合聲音，通過這些吸合聲音可以初步判斷故障大致范圍。為了快速確定故障點，常常需要借助專用診斷儀VDS1000或VDS2000，掃描整車模塊，部分模塊數(shù)據(jù)流，讀取VTOG_DSP2、VTOG_充電、BSM等雙路電模塊，重點關(guān)注“充電連接裝置連接狀態(tài)”、“充電感應(yīng)信號-交流”、“充電感應(yīng)信號-直流”、“充電接觸器狀態(tài)”、“與電池管理系統(tǒng)通信狀態(tài)”、“充電S2開關(guān)吸合標(biāo)志”等與充電相關(guān)聯(lián)信號，快速確定故障范圍，提高故障排除效率。