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    淺析電動汽車直流充電的工作原理及故障檢修

    2022-12-07 06:21:48深圳市龍崗職業(yè)技術學校易小彪
    汽車維護與修理 2022年11期
    關鍵詞:充電機插座動力電池

    深圳市龍崗職業(yè)技術學校 易小彪

    1 電動汽車直流充電的工作原理

    直流充電,俗稱快充,常見輸入的交流電有L1、L2、L3三相380 V和L1、N單相220 V兩種形式。直流充電機把輸入的交流電轉換成直流電,并且電壓和電流可以調節(jié),充電確認階段根據(jù)通信協(xié)議確認車輛動力電池的電壓和功率,并調節(jié)匹配車輛的充電電壓和電流。充電的主要控制裝置都不裝在車輛上也稱非車載充電機。充電機與電動汽車二者通過車輛插座相連,充電槍插頭和車輛充電插座如圖1所示,各端子的作用見表1所列。

    表1 充電槍插頭和車輛充電插座各端子的作用

    圖1 充電槍插頭和車輛充電插座

    電動汽車直流充電的工作原理如圖2所示,其中SA開關是一個常閉開關,與直流充電槍頭上的按鍵(即機械鎖)聯(lián)動,按下充電槍頭上的按鍵時,SA開關即斷開;U1、U2是一個12 V上拉電壓,R1、R2、R3、R4、R5都是阻值約1 kΩ的電阻,R1、R2、R3在充電槍上,R4、R5在車輛插座上。直流充電的過程如下。

    圖2 電動汽車直流充電工作原理示意

    (1)拿起充電槍,按下頭部按鍵,插入車輛插座,再松開按鍵。充電機的檢測點1將檢測到12 V-6 V-4 V的電壓變化。一旦檢測到4 V電壓,充電機將判斷充電槍插入成功,車輛接口完全連接,并將充電槍中的電子鎖通電鎖定,防止充電槍頭松脫。

    (2)在車輛接口完全連接后,充電機就會控制K1繼電器觸點閉合,使低壓輔助供電回路導通,為電動汽車控制裝置供電(有的車輛不需要供電),車輛得到供電后,將根據(jù)監(jiān)測點2電壓判斷車輛接口是否連接。若電壓為6 V,車輛裝置開始周期發(fā)送通信握手報文,接著控制K2繼電器觸點閉合并進行絕緣檢測。所謂絕緣檢測,即檢測DC線路的絕緣性能,避免后續(xù)充電過程中出現(xiàn)漏電、起火的安全隱患。絕緣檢測結束后,將投入泄放回路泄放能量,并斷開K2繼電器,同時開始周期發(fā)送通信握手報文。

    (3)充電連接確認后,接下來就是電動汽車與直流充電機相互配置的階段。車輛控制K3繼電器觸點閉合,使充電回路導通,充電樁檢測到車輛端電池電壓正常(電壓與通信報文描述的電池電壓誤差≤±5%,且在充電樁輸出最大、最小電壓的范圍內)后控制K1繼電器閉合觸點,此時直流充電電路接通,電動汽車就準備開始充電了。

    直流充電機能夠對磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池等多種類型的動力電池充電,且充電控制器能自動識別并選擇相應的充電程序和管理參數(shù),其設計應滿足《電動汽車傳導充電系統(tǒng) 第1部分:通用要求》(GB/T 18487.1—2015)。

    2 電動汽車直流充電常見故障及檢修

    常見故障1連接充電槍后,充電機顯示未連接車輛。

    (1)檢查車輛充電插座端子CC1是否有磨損、燒蝕接觸不良等情況。

    (2)測量車輛快充插座端子CC1與端子PE之間的電阻,應為1 kΩ左右。

    (3)測量充電槍插頭端子CC1與端子PE之間的電壓,應為7 V~12 V。

    常見故障2連接充電槍后,車輛儀表未顯示插槍信號。

    (1)測量充電槍插頭端子CC2與端子PE之間的電阻,應為1 kΩ左右。

    (2)測量車輛充電座端子CC2與端子PE之間的電壓(鑰匙開關位于ON擋),應為7 V~12 V。

    常見故障3鑰匙開關處于ON擋或READY擋時能充電,OFF擋時不能充電。

    測量充電機通過端子A+和端子A-是否輸出輔助電源。OFF擋時,車輛模塊處于休眠狀態(tài),充電機通過端子A+和端子A-輸出輔助電源,喚醒車輛相關控制模塊,從而進入充電模式。部分車輛可用診斷儀讀取輔助電源的電壓數(shù)據(jù),有助于縮小故障范圍。

    常見故障4充電機報絕緣監(jiān)測失敗。

    (1)查看充電機是否報相關故障代碼。查閱充電機顯示屏菜單欄讀取故障代碼定義,根據(jù)故障碼定義確定故障范圍,逐一排查。

    (2)拔出充電槍插頭,測量端子DC+、端子DC-對搭鐵絕緣電阻,標準值≥20 MΩ。

    (3)測量車輛充電插座端子DC+、DC-對搭鐵絕緣電阻,標準值≥20 MΩ。

    常見故障5充電開始,儀表充電連接指示燈點亮幾秒鐘后熄滅,且停止充電。

    檢查充電通信電路(端子S-和端子S+)是否正常。動力電池控制模塊(BMS)已經(jīng)控制點亮儀表充電連接指示燈,說明CC1、CC2充電連接已經(jīng)連接確認完成,預充成功而且處于充電準備狀態(tài)。如果通信異?;蛲ㄐ烹娐饭收蠈е鲁潆妳f(xié)議失敗,雖然能夠點亮充電連接指示燈,但不能正常充電,接通充電連接指示燈幾秒后又停止充電。

    常見故障6充電異常終止。

    (1)查看充電機是否報相關故障代碼,查閱充電機顯示屏菜單欄讀取故障代碼定義。如計費器故障、充電機通信故障等都可能引起跳槍。

    (2)更換其他充電機進行測試,如故障不出現(xiàn),說明充電機問題。

    (3)檢查車輛內部與直流充電相關的部件是否發(fā)生故障。如圖3所示,車輛內部與直流充電相關的部件主要有動力電池控制模塊(BMS)、動力電池組(溫度、電壓傳感器)、主正繼電器、主負繼電器、預充電阻、預充繼電器、快充正繼電器、快充預充電阻、快充預充繼電器、電流傳感器、輸入/輸出接口等。如圖4所示,當BMS接到充電機的通信確認信號后,快充預充繼電器閉合、主負繼電器閉合,高壓正電流經(jīng)快充預充電阻,檢測高壓的絕緣性;絕緣值正常,閉合快充繼電器、閉合預充繼電器,然后斷開快充預充繼電器,這時充電機為動力電池充電。充電過程中BMS實時監(jiān)控充電的單節(jié)電壓、溫度、總電壓及總電流,正常充滿后停充,如充電過程中充電機或動力電池控制模塊BMS檢測的數(shù)據(jù)異常,充電終止。

    圖3 車輛內部與直流充電相關的部件

    圖4 車輛內部快充的結構原理圖

    1)用診斷儀讀取BMS中是否有故障代碼,根據(jù)故障代碼確定故障范圍,排查相關故障。

    2)用診斷儀讀取BMS數(shù)據(jù)流,讀取最高、最低單體電壓及最高單體溫度(圖5),查看單體電壓是否有跳變現(xiàn)象。磷酸鐵鋰電池單體充電電壓上限約為3.7 V,放電終止電壓約為2.6 V;三元鋰電池單體充電電壓上限約為4.2 V,放電終止電壓約為3.2 V。充電過程中,如果磷酸鐵鋰電池單體電壓突然跳變到3.7 V左右,三元鋰電池單體電壓突然跳變到4.2 V左右,電壓到上限會導致過充,BMS檢測到異常進入保護模式,停止充電。

    圖5 動力電池溫度和電壓動態(tài)數(shù)據(jù)流(截屏)

    2)BMS監(jiān)控單節(jié)電池電壓、電池組溫度、絕緣電阻、高壓互鎖、充電電流等重要的控制信號,出現(xiàn)以下情形時車輛均無法上電和充電:動力電池包中單節(jié)電池電壓過低或過高,或者最低和最高電壓相差太大;動力電池包溫度過高(>50 ℃),或者最低和最高溫度相差超過5 ℃;絕緣電阻過低(<20 MΩ);高壓互鎖電路故障(虛接或斷路)。

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