BYD 2018 款E5 充電系統(tǒng)工作原理與檢修

王文濤 ， 溫?zé)槇?jiān) ， 汪 俊 ， 賴浩奇 ， 黃建龍

（1.廣州城市職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系， 廣東 廣州 510405；2.廣州理工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院， 廣東 廣州 510540）

當(dāng)前，新一代信息網(wǎng)絡(luò)、新能源、新材料等技術(shù)與汽車產(chǎn)業(yè)相互融合，驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)深刻變革，汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)和競(jìng)爭(zhēng)格局面臨重構(gòu)，近些年來(lái)新能源汽車的產(chǎn)銷量與保有量快速增長(zhǎng)。該類車輛在使用過(guò)程中充電故障出現(xiàn)的概率較大。為此，本文詳細(xì)介紹2018款BYD E5純電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理及故障排除方法，對(duì)于廣大車主、電動(dòng)汽車從業(yè)人員具有較為現(xiàn)實(shí)的工程意義。

1 BYD E5充電系統(tǒng)的組成

1.1 充電方式

目前多數(shù)電動(dòng)汽車的充電系統(tǒng)主要為交流充電和高壓直流充電兩種充電方法。

1）交流充電方法主要是通過(guò)家用插頭和交流充電樁將外部交流電引入交流充電口，然后通過(guò)車載充電器將家用220V交流電轉(zhuǎn)換成直流高壓給動(dòng)力電池充電。此類方法充電電壓相對(duì)較低，充電時(shí)間長(zhǎng)，充電裝置相對(duì)便宜，主要用于普通家用充電。

2）高壓直流充電主要通過(guò)專用充電站的充電柜，將750V高壓直流電通過(guò)直流充電口向動(dòng)力電池充電。該類方法具有充電速度快、充電電壓高、充電裝置比較大等特點(diǎn)，主要用于專用充電站。

1.2 充電系統(tǒng)的基本組成

如圖1、圖2所示，E5充電系統(tǒng)由直流充電系統(tǒng)和交流充電系統(tǒng)組成。二者主要由交流充電口、直流充電口、動(dòng)力電池包、高壓電控總成、電池管理器BMS、車身控制模塊、直流充電繼電器、線束等組成。

圖1 E5交流充電系統(tǒng)基本組成

圖2 E5直流充電系統(tǒng)基本組成

1）交流充電口

交流充電口用于連接外界交流充電電源，位于車輛的散熱柵格內(nèi)，其外觀結(jié)構(gòu)如圖3所示，端子定義如圖4所示。該交流充電口共有7端子，分別為：CC、CP、PE、N、L、NC1、NC2。

圖3 車輛交流插座實(shí)物

圖4 車輛交流插座端子定義

L：交流電源相線，其額定電流為16A或32A。

N：交流電源中性線，其額定電流為16A或32A。

PE：設(shè)備搭鐵保護(hù)腳，用于連接車輛底盤搭鐵線和供電設(shè)備搭鐵線。

CC：連接確認(rèn)端子，用于確認(rèn)充電線路是否與車輛插座已充分連接，通過(guò)測(cè)量?jī)?nèi)部檢測(cè)點(diǎn)電壓予以確認(rèn)。當(dāng)檢測(cè)點(diǎn)電壓為9V時(shí)，L、N的額定電流為16A；當(dāng)檢測(cè)點(diǎn)電壓為6V時(shí)，L、N的額定電流為32A；若檢測(cè)點(diǎn)電壓為12V則為斷開(kāi)連接。

CP：控制確認(rèn)端子。車輛控制裝置通過(guò)判斷 CP端子輸入PWM （占空比）信號(hào)的占空比，確認(rèn)供電設(shè)備當(dāng)前能提供的最大充電電流值。

NC1、NC2為預(yù)留端子。

2）直流充電口

直流充電口用于引進(jìn)外部直流充電電源或駁接其他車輛供電。其實(shí)物如圖5所示，各引腳如圖6所示。各引腳的含義如下：DC+：直流充電正極；DC-：直流充電負(fù)極；A+：低壓輔助電流正極；A-：低壓輔助電流極；CC1：連接確認(rèn)端子，車身接地 （1kΩ±30Ω）；CC2：連接確認(rèn)端子，直流充電感應(yīng)信號(hào)；S+：通信線，CAN （H）；S-：通信線，CAN（L）；PE：搭鐵線。

圖5 車輛直流插座

圖6 車輛直流插座引腳定義

3）動(dòng)力電池包 （PBP）

動(dòng)力電池包 （Propulsion Battery Packs）由2個(gè)或2個(gè)以上單體電池所組成。在E5所使用的動(dòng)力電池包中，共計(jì)100個(gè)單體電池串聯(lián)成一個(gè)330V標(biāo)準(zhǔn)電壓的電池包，該電池包中通常具有溫度傳感器、電壓傳感器、電流傳感器以及水冷卻系統(tǒng)。

4）高壓電控總成 （HVECA）

高壓電控總成 （High Voltage Electric Control Assembly）為如圖7所示的“四合一”集中控制盒，其集成了電機(jī)控制器、高壓配電箱 （PDU，Power Distribution Unit）、DCDC和車載充電機(jī)等，具有電機(jī)控制、高壓電源分配、高壓直流轉(zhuǎn)變低壓直流以及車載充電等功能。

圖7 高壓電控制總成

5）電池管理系統(tǒng)BMS

電池管理系統(tǒng) （BMS，Battery Management System）可實(shí)現(xiàn)對(duì)電池物理參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，電池狀態(tài)估計(jì)，在線診斷與預(yù)警，充、放電與預(yù)充控制，均衡管理和熱管理等。

6）直流充電繼電器 （K3-1）

受直流充電口充電槍控制，用于接通直流充電電源。

1.3 充電系統(tǒng)控制原理

1）交流慢充

交流充電的連接界面如圖8所示。在充電連接過(guò)程中，首先連接保護(hù)搭鐵觸頭，最后連接控制確認(rèn)觸頭；在脫開(kāi)的過(guò)程中，首先斷開(kāi)控制確認(rèn)觸頭，最后斷開(kāi)保護(hù)搭鐵觸頭。出于安全考慮，充電口在交流充電時(shí)的各端子連接先后順序?yàn)椋篜E→L→CC。

圖8 交流充電連接界面

2018款比亞迪E5交流慢充電路圖如圖9所示，信號(hào)傳遞路徑如圖1所示。

圖9 交流充電電路

首先，高壓電控總成通過(guò)交流充電口采集CC （線路連接確認(rèn)信號(hào)，通過(guò)獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓：斷開(kāi)12V、針對(duì)不同的充電模式正常連接為6V或9V）、CP信號(hào) （控制確認(rèn)信號(hào)），通過(guò)獲取該端口的PWM （占空比）、充電槍溫度信號(hào)。然后，將CC、CP、充電槍溫度信號(hào)傳遞至車身控制模塊BCM，依據(jù)3個(gè)信號(hào)BCM控制IG3繼電器工作；同時(shí)高壓電控總成將充電連接確認(rèn)信號(hào)傳遞至BMS。最后，BMS通過(guò)電池子網(wǎng)CAN獲取電池溫度、電壓等數(shù)據(jù)流。

2）直流快充

直流充電的連接界面如圖10所示，直流充電口各端子連接與脫離順序?yàn)椋篜E→DC+ →CC，斷開(kāi)連接時(shí)各端子連接順序相反。

圖10 直流充電連接界面

2018款比亞迪E5直流快充電路圖如圖11所示，信號(hào)傳遞路徑如圖2所示。

圖11 直流充電口電路

首先，通過(guò)直流充電槍連接直流充電繼電器向高壓電池包供電。進(jìn)而，直流充電口將CC2、充電強(qiáng)溫度等信號(hào)通過(guò)充電CAN總線傳遞至BMS。最終，動(dòng)力電池包通過(guò)電池子網(wǎng)CAN總線將電池溫度、電壓等信號(hào)傳遞至BMS。

2 充電系統(tǒng)故障診斷流程

2.1 故障癥狀

2018款DYD E5汽車充電系統(tǒng)故障通常沒(méi)有故障代碼輸出，但可通過(guò)解碼器讀取其數(shù)據(jù)流初步估計(jì)是哪個(gè)系統(tǒng)有故障，再逐步進(jìn)行故障排除。E5車輛無(wú)法充電主要故障現(xiàn)象分為：快/慢充均無(wú)法充電、直流快沖無(wú)法充電、交流慢充無(wú)法充電，其故障現(xiàn)象與可能故障部位統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 故障統(tǒng)計(jì)表

2.2 無(wú)法充電診斷思路

2.2.1 快充、慢充均無(wú)法充電

交流充電與直流充電均無(wú)法充電，則說(shuō)明其公共部分出現(xiàn)故障。通過(guò)分析圖1、圖2可知其公共部分為：動(dòng)力電池包、BMS或電池子網(wǎng)CAN總線。該故障診斷思路如圖12所示。

圖12 快慢均無(wú)法充電

1）連接解碼器讀取動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)流。

2）若能進(jìn)入BMS讀取動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)，則應(yīng)更換動(dòng)力電池；若無(wú)法進(jìn)入BMS讀取動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)，則測(cè)量電池子網(wǎng)CAN總線的導(dǎo)通性。

3）若KXK51-12與KXK45 （C）-1、KXK51-13與KXK45（C）-8之間電阻值小于1Ω，則更換BMS；若KXK51-12與KXK45 （C）-1、KXK51-13與KXK45 （C）-8之間電阻值大于1Ω，則更換對(duì)應(yīng)線束或插接器。

2.2.2 慢充均無(wú)法充電

該故障的診斷思路如圖13所示。

圖13 慢充均無(wú)法充電診斷流程

1）利用專用解碼器讀取CC、CP的數(shù)據(jù)流。若CC的電壓、CP的PWM信號(hào)均為OK，則檢查動(dòng)力電池的技術(shù)參數(shù)。若動(dòng)力電池參數(shù)NG （NG為No good）則需更換動(dòng)力電池。若動(dòng)力電池技術(shù)參數(shù)良好，則應(yīng)更換BMS。若動(dòng)力電池參數(shù)OK，則檢測(cè)電池子網(wǎng)CAN的導(dǎo)通性，KXK51-4與KXK45（C）-1，KXK51-10與KXK45 （C）-8之間阻值均大于1Ω，則更換對(duì) 應(yīng) 線 束 。 若KXK51-4 與KXK45 （C）-1， KXK51-10 與KXK45（C）-8之間阻值均小于1Ω，則更換BMS。

2）利用專用解碼器讀取CC、CP的數(shù)據(jù)流，若無(wú)法讀取CC的電壓、CP的PWM信號(hào)，則確認(rèn)充電槍的連接情況。

3）若充電槍的連接NG，則重新連接。若充電槍的連接OK，則確認(rèn)高壓電控總成與交流充電口之間連接信號(hào)線的導(dǎo)通性。

4）若B53（B）-2與B28（A）-13、B53（B）-1與B28（A）-47之間電阻值均小于1Ω，則更換高電控總成；如B53 （B）-2與B28（A）-13、B53（B）-1與B28（A）-47之間電阻值均大于1Ω，則更換對(duì)應(yīng)線束或連接器。

2.2.3 直流快充無(wú)法充電

該故障的診斷思路如圖14所示。

圖14 直流快充無(wú)法充電診斷流程

1）連接充電槍讀取CC2連接狀態(tài)數(shù)據(jù)，若無(wú)法讀取到CC2連接數(shù)據(jù)，則檢測(cè)直流充電口與BMS直流充電連接信號(hào)線之間的導(dǎo)通性。

2）若BK45（B）-4與B53（A）-3之間阻值小于1Ω，則更換直流充電口；若BK45 （B）-4與B53 （A）-3之間阻值大于1Ω，則更換對(duì)應(yīng)線束或連接器。

3）連接充電槍讀取CC2連接狀態(tài)數(shù)據(jù)，若可有效讀取到CC2連接狀態(tài)數(shù)據(jù)，則檢測(cè)充電網(wǎng)CAN總線的導(dǎo)通性。

4）若B53（A）-4與BK45（B）-20、B53（A）-5與BK45（B）-14之間電阻值大于1Ω，則更換對(duì)應(yīng)線束或連接器；若B53（A）-4與BK45（B）-20、B53（A）-5與BK45（B）-14之間電阻值小于1Ω，則檢測(cè)K3-1直流繼電器及其線路的導(dǎo)通性。

5）若B53（A）-2對(duì)搭鐵阻值正常，則考慮更換直流充電口；若B53 （A）-2對(duì)搭鐵阻值不正常，則更換對(duì)應(yīng)線束、繼電器或連接器。

3 結(jié)束語(yǔ)

比亞迪E5車型更新?lián)Q代快，不同年份車輛的配置差異大，電路的控制邏輯存在差異。本文以2018款比亞迪E5車型搭載的充電系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)研究，首先論述該款車型充電系統(tǒng)的控制邏輯，進(jìn)一步說(shuō)明其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并就其直流快充與交流慢充均無(wú)法充電、僅直流快充無(wú)法充電、僅交流慢充無(wú)法充電3種充電故障現(xiàn)象設(shè)計(jì)了故障診斷流程，擬供同行參考。