北汽新能源汽車快充系統(tǒng)功能臺(tái)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

蔣小健

（常州交通技師學(xué)院，江蘇常州，213147）

1 快充系統(tǒng)功能臺(tái)的基本組成和基本原理

1.1 功能臺(tái)的基本組成

北汽新能源汽車快充功能臺(tái)的結(jié)構(gòu)在新能源車系中最具代表性。功能臺(tái)主要有快充接口、快充線束、高壓控制盒、高低壓互鎖信號(hào)線路、充電線、電池管理系統(tǒng)、整車控制器、動(dòng)力電池模組等裝置組成。

1.2 功能臺(tái)的基本原理

快充接口：快充口一般位于發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋前方車標(biāo)內(nèi)部，用于與充電線連接，當(dāng)快充口蓋板打開(kāi)時(shí)，儀表充電指示燈應(yīng)常亮；當(dāng)關(guān)閉快充口蓋板時(shí)儀表充電指示燈應(yīng)熄滅。如果快充口蓋板出現(xiàn)問(wèn)題，車輛無(wú)法正常啟動(dòng)。

快充線束：快充線束是連接快充口到高壓控制盒之間的線束，快充線束一端連接車輛的充電口，另一端分成三支線束，分成別為接高壓控制盒的高壓線束和整車低壓線束，接車身搭鐵的搭鐵線束。

高壓控制盒：高壓控制盒是完成動(dòng)力電池電源輸出的輸出及分配，實(shí)現(xiàn)對(duì)支路用電器的保護(hù)及切斷。

高低壓互鎖信號(hào)線路：互鎖電路的作用是檢測(cè)高壓線束的連接情況，當(dāng)某個(gè)高壓插件未插到位，動(dòng)力電池則切斷高壓電源。

（1）整車在高壓供電前確保整個(gè)高壓系統(tǒng)的完整性，使高壓處于一個(gè)封閉的環(huán)境下工作，提高安全性。

（2）當(dāng)整車在運(yùn)行過(guò)程中高壓系統(tǒng)回路斷開(kāi)或者完整性受到破壞的時(shí)候，需要啟動(dòng)安全防護(hù)。

（3）防止帶電插拔高壓插接器給高壓端子造成的拉弧損壞。

電池管理系統(tǒng)BMS：通過(guò)電壓、電流、溫度傳感器、采集動(dòng)力電池組的串聯(lián)模塊電壓、溫度、總電壓和總電流，控制動(dòng)力電池組的充放電，監(jiān)控動(dòng)力電池的狀態(tài)，防止電池出現(xiàn)過(guò)充電、過(guò)放電，延長(zhǎng)動(dòng)力電池的使用壽命。同時(shí)還是作為動(dòng)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?bào)動(dòng)力電池系統(tǒng)的基本參數(shù)、剩余電量及故障信息。

整車控制器：整車控制器相當(dāng)于電動(dòng)汽車的“大腦”，控制電動(dòng)汽車的所有部件，主要功能有駕駛員的意識(shí)識(shí)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(dòng)模塊的管理，電動(dòng)汽車輔助系統(tǒng)的控制。

2 快充系統(tǒng)功能臺(tái)的制作

2.1 快充系統(tǒng)功能臺(tái)研制的目的

我思考設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、制作的北汽新能源汽車快充系統(tǒng)功能臺(tái)，考慮到之前的傳統(tǒng)汽車沒(méi)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(cè)比較繁瑣，整車上只能對(duì)新能源汽車快充系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的認(rèn)知。為了能夠讓學(xué)生更形象地理解掌握新能源快充系統(tǒng)，現(xiàn)在的設(shè)計(jì)將快充系統(tǒng)與相關(guān)電路結(jié)合在一起，讓學(xué)生對(duì)新能源汽車快充電路進(jìn)行線路連接、原理學(xué)習(xí)、電路檢查的實(shí)習(xí)。通過(guò)對(duì)慢充系統(tǒng)故障的診斷與分析來(lái)掌握快充系統(tǒng)的原理，因此考慮研制一臺(tái)北汽新能源快充系統(tǒng)功能臺(tái)。

考慮到充電輸出是高壓直流電，為了避免危險(xiǎn)，串聯(lián)了16 個(gè)單體電池并安裝在功能臺(tái)上，同時(shí)還設(shè)置了一些典型的故障，達(dá)到舉一反三的目的。在北汽新能源快充功能臺(tái)上制作了故障測(cè)量端子，在測(cè)試中可直接在面板上進(jìn)行操作，既減少對(duì)接插件的損耗，又提高了測(cè)量速度。慢充系統(tǒng)功能臺(tái)故障設(shè)置上能設(shè)置短路、斷路和模擬信號(hào)故障，使新能源汽車專業(yè)理論教學(xué)實(shí)行教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)化、慢充系統(tǒng)故障診斷原理化。

2.2 快充系統(tǒng)功能臺(tái)研制的過(guò)程

對(duì)快充系統(tǒng)功能臺(tái)各系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)原理與功能進(jìn)行研制，其中包括：查閱相關(guān)技術(shù)資料，對(duì)快充系統(tǒng)各部件進(jìn)行布置，為制作功能臺(tái)做好各方面的前期準(zhǔn)備工作。制作過(guò)程中力求達(dá)到實(shí)用、耐用及美觀，降低使用成本。動(dòng)力電池的選用、功能臺(tái)設(shè)計(jì)、線路設(shè)計(jì)力求科學(xué)合理。制作小組多次討論研究制作方案，制作過(guò)程應(yīng)力求細(xì)致無(wú)誤。高壓線路的采購(gòu)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，保證高壓與功能臺(tái)的絕緣性。設(shè)計(jì)制作過(guò)程如圖1 所示。

圖1 快充系統(tǒng)功能臺(tái)制作框圖

2.3 快充系統(tǒng)功能臺(tái)研制中擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題

在研制過(guò)程中出現(xiàn)了很多問(wèn)題，經(jīng)過(guò)綜合分析以后，在以下幾個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)考慮研制：如何設(shè)計(jì)快充系統(tǒng)控制面板，快充系統(tǒng)部件的布置應(yīng)達(dá)到合理性。使功能臺(tái)的功能具有實(shí)用性、耐用性，外觀具有美觀性。將北汽新能源汽車原有的快充系統(tǒng)線束都運(yùn)用到功能臺(tái)中，達(dá)到布線的合理性、連線的簡(jiǎn)潔性。檢測(cè)端子的實(shí)用性、耐用性，動(dòng)力電池?cái)?shù)量減少，以確保安全性。

3 快充系統(tǒng)功能臺(tái)的基本功能

快充功能臺(tái)夠生動(dòng)形象地反映電動(dòng)汽車快充充電的工作過(guò)程，并且在快充功能臺(tái)控制面板的電路圖中，經(jīng)過(guò)制作的測(cè)量端子，能夠直接測(cè)量各快充系統(tǒng)電路上的參數(shù)。同時(shí)在快充系統(tǒng)功能臺(tái)上，通過(guò)顯示的數(shù)據(jù)和儀表的指示，能夠直接反映功能臺(tái)是否在充電。學(xué)生能更直觀的在功能臺(tái)上操作，減少了各線束插頭的插拔，降低了線束的損壞。

快充系統(tǒng)功能臺(tái)制作完成后，可以直觀的觀察快充各故障現(xiàn)象。可以方便快捷地用診斷工具檢測(cè)，讀出其工作時(shí)的參數(shù)。使學(xué)生能夠真正完成理論——實(shí)踐——理論的學(xué)習(xí)過(guò)程，體現(xiàn)教學(xué)過(guò)程的直觀性和有效性。

學(xué)生可以直接在快充系統(tǒng)功能臺(tái)上進(jìn)行故障檢測(cè)，我們可以斷開(kāi)某條線路的連接——設(shè)置斷路故障；也可以接地——設(shè)置短路故障；或者模擬相應(yīng)的信號(hào)接入電阻，代替接觸不良的信號(hào)——設(shè)置模擬信號(hào)。

快充系統(tǒng)功能臺(tái)裝復(fù)后，通過(guò)快充充電時(shí)的檢查，可進(jìn)行快充系統(tǒng)原理、故障設(shè)置與排除、快充工作時(shí)性能的檢測(cè)等綜合操作教學(xué)與培訓(xùn)；該功能臺(tái)運(yùn)用于各種理論和實(shí)習(xí)教學(xué)，不僅能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手操作能力，增強(qiáng)實(shí)車感，提高教學(xué)質(zhì)量，還為專業(yè)教師提供專業(yè)知識(shí)技能研究的平臺(tái)[4]。

4 功能臺(tái)在教學(xué)實(shí)踐中的運(yùn)用實(shí)例

4.1 試驗(yàn)臺(tái)架在教學(xué)實(shí)踐中的運(yùn)用

由于整個(gè)快充系統(tǒng)都安裝在本功能臺(tái)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(shí)一體化教學(xué)簡(jiǎn)單化。而實(shí)際維修過(guò)程中，很難判斷慢充線路的故障，特別是當(dāng)快充系統(tǒng)出現(xiàn)接觸不良時(shí)尤其困難。

4.2 北汽快充系統(tǒng)充電條件

結(jié)合動(dòng)力電池相關(guān)知識(shí)以及快充原理圖可以得出，快充系統(tǒng)完成正常充電需要滿足以下條件：充電連接確認(rèn)信號(hào)CC1,CC2 正常。BMS 供電電源12V 正常。充電喚醒信號(hào)12V輸出正常。充電樁，整車控制器，BMS 之間通信正常。5℃<動(dòng)力電池電芯溫度<45℃。單體電池最高電壓與最低電壓差<300mV。單體電池最高溫度與最低溫度差<15℃。絕緣性能>500Ω/1V。實(shí)際單體最高電壓不大于額定單體電壓0.4V。高、低壓電路連接正常，遠(yuǎn)程控制開(kāi)關(guān)關(guān)閉狀態(tài)。

4.3 北汽快充系統(tǒng)常見(jiàn)故障排除

4.3.1 常見(jiàn)故障

（1）快充充電樁與車輛無(wú)法通信 快充充電樁與車輛無(wú)法通信的主要原因有喚醒線路熔絲損壞，搭鐵點(diǎn)搭鐵不良，快充搶 快充口 快充線束 低壓電器盒 整車控制器 動(dòng)力電池低壓控制插件等部件的低壓輔助電源針腳 鏈接確認(rèn)針腳 快充CAN 針腳等損壞，退針 銹蝕，動(dòng)力電池和數(shù)據(jù)采集終端快充CAN 總線間電阻不符合。

（2）快充樁與車輛通信正常但無(wú)法充電電流 快充樁與車輛通信正常但無(wú)法充電電流的主要原因有高壓控制盒快充繼電器線路熔絲損壞 主熔絲損壞 低壓控制盒損壞 高壓控制盒損壞 快充線束損壞 動(dòng)力電池BMS 快充喚醒失常。

4.3.2 故障排除思路

排除“快充樁與車輛無(wú)法通信”故障，首先檢查線路連接情況，然后檢查快充系統(tǒng)各部件低壓輔助電源 連接確認(rèn)信號(hào) 快充CAN 線路等針腳情況以及電壓 電阻等是否符合要求。排除“快充樁與車輛通信 正常無(wú)充電電流”故障時(shí)，顯然沒(méi)有了低壓通信的問(wèn)題，應(yīng)該查高壓供電線路的熔絲 線束 繼電器等有無(wú)問(wèn)題，檢查動(dòng)力電池與高壓控制盒連接插件的電壓，檢查動(dòng)力電池BMS 快充喚醒信號(hào)是否正常，檢查高壓控制盒快充連接端子電壓是否正常，有電壓則聯(lián)系動(dòng)力電池廠家售后對(duì)動(dòng)力電池檢測(cè)，無(wú)電壓則更換高壓控制。

4.3.3 “快充樁與車輛無(wú)法通信”的故障排除

以北汽電動(dòng)汽車為例，“快充樁與車輛無(wú)法通信”的故障思路如下：

（1）檢查快充樁與快充口連接是否良好檢查車輛快充口有無(wú)燒蝕和銹蝕現(xiàn)象；快充口PE 端與車身搭鐵是否導(dǎo)通﹙標(biāo)準(zhǔn)組織為0.5Ω 以下﹚；快充口CC1 與PE 之間的阻值是否符合要求阻值應(yīng)為（1000±50）Ω。

（2）檢測(cè)充電喚醒信號(hào)是否正常 如未喚醒可能是喚醒線路熔絲FB27 損壞 快充口及快充線束損壞 低壓電器盒損壞，應(yīng)逐步檢查熔絲電阻、熔絲電壓(12V)；快充口A+與快充線束A+、低壓電器盒A5 是否導(dǎo)通，如不導(dǎo)通，更換或維修。

（3）檢查車輛端連接曲兒信號(hào)是否正常 如快充喚醒線及相關(guān)線束都正常，車輛仍然不能通信連接，則對(duì)車輛端連接確認(rèn)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。可能是快充口及快充線束損壞 車輛控制器針腳損壞，動(dòng)力電池低壓控制器插件損壞，應(yīng)逐步檢查快充口CC2 與快充線束CC2 整車控制器插件17 針是否導(dǎo)通，檢查快充口S-與快充線束整車低壓線束S-是否導(dǎo)通；檢查快充口S+與快充線束整車低壓線束插件S+是否導(dǎo)通；如不導(dǎo)通，更換或者維修；檢查快充線束S+與S-之間的阻值應(yīng)為(60±5)Ω；檢查快充線束整車低壓線束插件S-與動(dòng)力電池低壓插件T 針及數(shù)據(jù)采集終端插件2 針是否導(dǎo)通，阻值應(yīng)小于0.5Ω；檢查快充線束整車低壓線束插件S+與動(dòng)力電池插件S 針及數(shù)據(jù)采集終端插件1 針是否導(dǎo)通，阻值應(yīng)小于0.5Ω；斷開(kāi)快充線束與數(shù)據(jù)終端和動(dòng)力電池低壓插件，檢查快充線束整車低壓線束插件S+與S-之間的阻值應(yīng)為無(wú)窮大，分別檢查動(dòng)力電池和數(shù)據(jù)采集終端快充CAN 總線間的電阻，應(yīng)該都為120Ω，若不是，應(yīng)更換或維修，檢查快充線束整車低壓線束插件A-與車身搭鐵是否導(dǎo)通，若不導(dǎo)通，應(yīng)更換或維修[5]。

5 結(jié)束語(yǔ)

北汽新能源汽車快充系統(tǒng)功能臺(tái)的研制與開(kāi)發(fā)，使快充系統(tǒng)原理不再是教學(xué)的難點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了新能源汽車原理教學(xué)的突破，使快充系統(tǒng)故障診斷原理化，學(xué)生可直觀的觀察快充各故障的實(shí)際現(xiàn)象，感性和理性認(rèn)識(shí)得到統(tǒng)一，為維修企業(yè)提供培訓(xùn)平臺(tái)，解決維修操作中的實(shí)際問(wèn)題。