北汽新能源汽車慢充系統(tǒng)功能臺的開發(fā)與應(yīng)用

蔣小健

（常州交通技師學(xué)院 213147）

0 引言

未來，新能源汽車將會成為社會的主導(dǎo)車型，而新能源汽車的維修依靠傳統(tǒng)的經(jīng)驗還不夠，還需要維修人員具有更廣的新能源汽車新技術(shù)和高壓維修操作技能。慢充功能臺在教學(xué)中使用較少，未能達到理想的教學(xué)效果。筆者思考自行研制開發(fā)北汽新能源慢充功能臺運用用于專業(yè)教學(xué)，提高汽車檢測新能源專業(yè)課堂的教學(xué)效果，提高學(xué)生的實踐操作能力，拓展維修實踐教學(xué)的深度和廣度。

1 慢充系統(tǒng)功能臺的基本組成和基本原理

1.1 功能臺的基本組成

北汽新能源汽車慢充功能臺的結(jié)構(gòu)在新能源車系中最具代表性。功能臺主要有慢充接口、車載充電機、DC/DC 轉(zhuǎn)換器、電池管理系統(tǒng)、整車控制器、動力電池組等裝置組成。

1.2 功能臺的基本原理

（1）慢充接口。慢充接口連接到車載充電機，一般應(yīng)用于家庭用戶和標(biāo)準(zhǔn)的公共充電設(shè)施。

（2）車載充電機。車載充電機的作用是將輸入的220 V 交流電轉(zhuǎn)換為動力電池所需的290～420 V 高壓直流電，實現(xiàn)電池電量的補給，在工作過程中需要協(xié)調(diào)充電樁、電池管理系統(tǒng)（BMS）等部件。

（3）DC/DC轉(zhuǎn)換器。DC/DC轉(zhuǎn)換器相當(dāng)于傳統(tǒng)車的發(fā)電機，將高壓蓄電池的高壓直流電轉(zhuǎn)換成低壓直流電，為整車低壓系統(tǒng)供電，為12 V 蓄電池充電。DC/DC 轉(zhuǎn)換器單獨放置集成式控制器內(nèi)部，自然冷卻，具有輸入過欠電壓保護、輸出過欠電壓保護、輸出過載短路保護以及過溫保護功能，具有效率高、體積小、耐受惡劣工作環(huán)境等特點[1]。

（4）電池管理系統(tǒng)。通過電壓、電流、溫度傳感器、采集動力電池組的串聯(lián)單元電壓、溫度、總電壓和總電流，控制動力電池組的充放電，監(jiān)控動力電池的狀態(tài)，防止電池出現(xiàn)過充電、過放電，延長動力電池的使用壽命。同時還是作為動力電池和整車控制器以及駕駛?cè)藴贤ǖ臉蛄?，并向整車控制器上報動力電池系統(tǒng)的基本參數(shù)、剩余電量及故障信息。

（5）整車控制器。整車控制器相當(dāng)于電動汽車的“大腦”，控制電動汽車的所有部件，主要功能有駕駛員的意識識別和控制模式的判斷，整車故障的判別和處理，外圍相連驅(qū)動單元的管理，電動汽車輔助系統(tǒng)的控制。

（6）故障診斷過程。通過解讀電路圖和原理圖，利用萬用表，可檢測出北汽新能源汽車慢充功能臺中慢充不能充電的故障。

2 慢充系統(tǒng)功能臺的制作

2.1 慢充系統(tǒng)功能臺研制的目的

（1）思考設(shè)計、開發(fā)、制作的北汽新能源汽車慢充系統(tǒng)功能臺，考慮到之前的傳統(tǒng)汽車沒有充電接口，汽車結(jié)構(gòu)上發(fā)生了很大的變化，在整車上檢測比較繁瑣，整車上只能對新能源汽車慢充系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的認知。為了能夠讓學(xué)生更形象地理解掌握新能源慢充系統(tǒng)，現(xiàn)在的設(shè)計將慢充系統(tǒng)與相關(guān)電路結(jié)合在一起，讓學(xué)生對新能源汽車慢充電路進行線路連接、原理結(jié)構(gòu)、電路檢查的學(xué)習(xí)。通過對慢充系統(tǒng)故障的診斷與分析來掌握慢充系統(tǒng)的原理，因此考慮研制一臺北汽新能源慢充系統(tǒng)功能臺。

（2）考慮到充電輸出是高壓直流電，為了避免危險，串聯(lián)了16 個單體電池并安裝在功能臺上，同時還設(shè)置了一些典型故障，達到舉一反三的目的。在北汽新能源慢充功能臺上制作了故障測量端子，在測試中可直接在面板上進行操作，既減少對插接器的損耗，又提高了測量速度。慢充系統(tǒng)功能臺故障設(shè)置上能設(shè)置短路、斷路和模擬信號故障，使新能源汽車專業(yè)理論教學(xué)實行教學(xué)現(xiàn)場化、慢充系統(tǒng)故障診斷原理化。

2.2 慢充系統(tǒng)功能臺研制的過程

對慢充系統(tǒng)功能臺各系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)原理與功能進行研制，其中包括以下內(nèi)容。

（1）查閱相關(guān)技術(shù)資料，對慢充系統(tǒng)各部件進行布置，為制作功能臺做好各方面的前期準(zhǔn)備工作。

（2）制作過程中力求達到實用、耐用及美觀，降低使用成本。

（3）動力電池的選用、功能臺設(shè)計、線路設(shè)計力求科學(xué)合理。

（4）制作小組多次討論制作方案，制作過程應(yīng)力求細致無誤。

（5）按照國家標(biāo)準(zhǔn)采購高壓線路，保證高壓與功能臺的絕緣。

（6）設(shè)計制作過程如圖1所示。

2.3 慢充系統(tǒng)功能臺研制中擬解決的關(guān)鍵問題

在研制過程中出現(xiàn)了很多問題，經(jīng)過綜合分析以后，在以下幾個方面進行重點考慮研制。

（1）如何設(shè)計慢充系統(tǒng)控制面板，慢充系統(tǒng)部件的布置應(yīng)達到合理性。

（2）使功能臺的功能具有實用性、耐用性，外觀具有美觀性。

（3）將北汽新能源汽車原有的慢充系統(tǒng)線束都運用到功能臺中，達到布線的合理性、連線的簡潔性。

（4）檢測端子的實用性、耐用性，動力電池數(shù)量減少，以確保安全性。

圖1 慢充系統(tǒng)功能臺制作框圖

3 慢充系統(tǒng)功能臺的基本功能

3.1 慢充系統(tǒng)功能臺的作用

本功能臺能夠生動形象地反映電動汽車慢充充電的工作過程，并且通過控制面板上的測量端子能夠直接測量各慢充系統(tǒng)電路上的參數(shù)。同時在慢充系統(tǒng)功能臺上，經(jīng)過測量的數(shù)據(jù)和儀表的指示，能夠直接反映功能臺是否在充電。學(xué)生能更直觀地在功能臺上操作，減少了各線束插接器的磨損，降低了線束的損壞。

3.2 慢充系統(tǒng)功能臺的優(yōu)點

（1）可以直觀地觀察慢充各故障現(xiàn)象，方便快捷地用診斷工具檢測，讀出其工作時的參數(shù)。使學(xué)生能夠真正完成理論——實踐——理論的學(xué)習(xí)過程，體現(xiàn)教學(xué)過程的直觀性和有效性。

（2）學(xué)生可以直接在慢充系統(tǒng)面板上進行故障檢測，我們可以斷開某條線路，設(shè)置斷路故障，也可以設(shè)置短路故障。或者模擬相應(yīng)的信號接入電阻，代替接觸不良的信號，設(shè)置模擬信號。

（3）通過慢充充電時的檢查，可進行慢充系統(tǒng)原理、故障設(shè)置與排除、慢充工作時性能的檢測等綜合操作教學(xué)與培訓(xùn)。該功能臺不僅能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動手操作能力，增強實車感，提高教學(xué)質(zhì)量，還為專業(yè)教師提供專業(yè)知識技能研究的平臺。

4 功能臺在教學(xué)實踐中的運用實例

4.1 試驗臺架在教學(xué)實踐中的運用

由于整個慢充系統(tǒng)都安裝在功能臺上，所以非常清晰的觀察到故障現(xiàn)象，并可更直觀的排查故障原因，使理實一體化教學(xué)簡單化。而實際維修過程中，很難判斷慢充線路的故障，特別是當(dāng)慢充系統(tǒng)出現(xiàn)接觸不良時尤其困難[2]。

4.2 慢充系統(tǒng)充電條件

（1）充電線連接確認信號正常。

（2）充電機供電電源220 V 和12 V 正常。

（3）充電喚醒信號12 V 輸出正常。

（4）充電機、整車控制器及BMS 間通信正常，主繼電器閉合。

（5）動力電池電芯溫度：0～45℃。

（6）單體電池最高電壓與最低電壓差<300 mV。

（7）單體電池最高溫度與最低溫度差<15℃。

（8）絕緣性能>500 Ω/1 V。

（9）實際單體最高電壓不大于額定單體電壓。

（10）高、低壓電路連接正常，遠程控制開關(guān)關(guān)閉狀態(tài)。

4.3 慢充系統(tǒng)常見故障排除

4.3.1 常見故障

（1）充電槍安裝不到位，車輛與充電樁兩端槍反接。

（2）插接器正常連接，車載充電機輸出喚醒是否正常。

（3）車端充電槍是否連接到位，高壓熔斷絲是否熔斷，高壓插接器及線纜是否正確連接。

4.3.2 故障排除思路

（1）檢查慢充電樁充電線、慢充口、慢充線束、車載充電機、高壓控制盒及動力電池之間的線路連接是否良好。

（2）檢查低壓供電及喚醒信號是否正常，如3 個車載充電機指示燈都不亮，表示沒有電源輸入，分別檢查線路熔絲、充電線、慢充口和慢充線束是否正常；若正常，更換車載充電機。檢查車載充電機的12 V 電源及慢充喚醒信號是否正常，高壓控制盒內(nèi)的車載充電機熔斷器是否損壞，動力電池12 V喚醒信號是否正常，整車控制器、動力電池等部件的新能源CAN 總線是否正常；動力電池低壓控制端搭鐵及整車控制器搭鐵是否正常。

（3）如果低壓端電路正常，充電仍無法完成，逐步檢查充電線、慢充線束、車載充電機、高壓控制盒及動力電池之間的高壓電是否正常，是線束故障還是部件故障。

（4）使用故障診斷儀分別檢查動力電池及車載充電機的工作狀態(tài)，對數(shù)據(jù)進行分析，找出故障所在。

4.3.3 檢修車載充電機與充電樁連接故障

（1）檢查慢充樁與慢充口連接是否良好。車載充電機3 個指示燈都不亮。分別測量充電線樁端充電槍的N、L、PE、CP、CC 端子和車輛端的N、L、PE、CP、PE 端子是否導(dǎo)通，如不導(dǎo)通則修復(fù)或更換充電線總成。測量充電線車輛端充電槍的CC和PE 端子的阻值，16 A 充電線阻值應(yīng)為690×（1±3%）Ω，32 A 充電線阻值應(yīng)為220×（1±3%）Ω，若阻值與標(biāo)準(zhǔn)值不符，則修復(fù)或更換充電線總成。

（2）檢查慢充口與車載充電機連接是否良好。排除慢充樁充電線問題后，起動充電，車載充電機指示燈還是都不亮的，應(yīng)檢查慢充線束及車載充電機。檢查插接器端子有無燒蝕、虛接現(xiàn)象。分別測量充電口L、N、PE、CC、CP 端子與充電線束充電機插接器1、1、3、5、6 端子是否導(dǎo)通，如不導(dǎo)通，則修復(fù)或更換線束總成。慢充線束檢查完畢，恢復(fù)好進行充電測試，如果車載充電機的指示燈還都不亮，則更換車載充電機。

（3）當(dāng)該車更換車載充電機后，充電正常，故障排除。