淺析電動汽車直流充電的工作原理及故障檢修

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）。