新能源汽車充電控制導(dǎo)引原理及故障檢修淺析

【摘" 要】新能源汽車具備交流慢充與直流快充兩種充電方式。交流慢充是借助車載充電機(jī)對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電，其優(yōu)點(diǎn)在于功率較小、成本較低，是當(dāng)前純電動(dòng)汽車極為重要的充電方式之一。文章聚焦于一輛2015款北汽新能源EV200純電動(dòng)汽車，該車能正常行駛但無(wú)法進(jìn)行慢充。通過(guò)對(duì)交流慢充系統(tǒng)的充電導(dǎo)引原理進(jìn)行分析，并逐步進(jìn)行檢查，最終找到故障原因并排除故障。該維修案例的分析思路、診斷與檢修過(guò)程可供廣大新能源汽車行業(yè)從業(yè)者參考。

【關(guān)鍵詞】新能源汽車;北汽新能源EV200;交流慢充;故障診斷;充電導(dǎo)引原理

中圖分類號(hào)：U469.72" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B" " 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）12-0021-03

Analysis of the Theory and Troubleshooting of Charging Control Guidance for New Energy Vehicles

【Abstract】New energy vehicles have two charging modes：AC slow charge and DC fast charge. Among them，AC slow charge is to charge the power battery with the help of the on-board charger，which has the advantage of smaller power and lower cost，and is one of the most important charging methods for pure electric vehicles at present. The article focuses on a 2015 BAIC New Energy EV200 pure electric vehicle，which can run normally but cannot be slowly charged. Through the analysis of AC slow charge system charge guidance principle，and step by step check，finally find the cause of the fault and eliminate the fault. The analysis ideas，diagnosis and maintenance process of the maintenance case can be referred to by the majority of practitioners in the new energy automobile industry.

【Key words】new energy vehicles;Baic New Energy EV200;ac slow charge;fault diagnosis; charge guidance principle

1" 故障現(xiàn)象

一輛2015款北汽新能源EV200純電動(dòng)汽車，已行駛12萬(wàn)公里。車主反映，當(dāng)電池剩余電量顯示為25%時(shí)，在自家車庫(kù)的交流充電樁進(jìn)行充電時(shí)，儀表上的充電線連接指示燈熄滅，且儀表無(wú)任何相關(guān)信息，無(wú)法進(jìn)行慢充。然而，當(dāng)車主上電啟動(dòng)車輛時(shí)，儀表信息顯示正常，可正常行駛。

2" 故障現(xiàn)象驗(yàn)證

將鑰匙置于Start位置，整車上電時(shí)儀表信息顯示正常，儀表無(wú)故障燈點(diǎn)亮和故障信息數(shù)據(jù)顯示。將鑰匙置于OFF擋位置，插好慢速充電槍，儀表無(wú)任何反應(yīng)，無(wú)法充電。

3" 交流慢充系統(tǒng)充電導(dǎo)引原理

交流慢充系統(tǒng)充電導(dǎo)引過(guò)程可分為以下9個(gè)步驟。圖1是交流慢充系統(tǒng)控制導(dǎo)引電路原理圖。

3.1" 慢充槍與慢充口連接

樁端充電槍與供電插座連接，PE首先接觸，高壓供電線L1、N接觸，CP、CC接觸。車端充電槍與車端插座連接，PE首先接觸，高壓供電線L1、N接觸，CP、CC接觸。

3.2" 確認(rèn)充電樁與充電槍正確連接

充電槍插合后，供電設(shè)備通過(guò)測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)1和檢測(cè)點(diǎn)4的電壓值來(lái)判斷充電槍是否完全連接。兩端的充電槍插合后，如果檢測(cè)點(diǎn)4電壓值變?yōu)?，而檢測(cè)點(diǎn)1的電壓由12V變?yōu)?V，說(shuō)明充電槍已連接。

3.3" 確認(rèn)車輛慢充口與充電槍正確連接

確認(rèn)慢充口與充電槍連接狀態(tài)是由車輛控制裝置通過(guò)測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)3和PE之間的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)監(jiān)測(cè)到的阻值與RC阻值相等時(shí)，表明CC已經(jīng)連接且開關(guān)S3已閉合，同時(shí)車端充電槍內(nèi)機(jī)械鎖鎖止，意味著慢充口與充電槍正確連接。另外，車輛控制裝置還會(huì)通過(guò)測(cè)量檢測(cè)點(diǎn)2的PWM信號(hào)，判斷充電連接裝置是否已完全連接。

3.4" 確認(rèn)充電連接裝置已完全連接

當(dāng)充電樁和車輛確認(rèn)充電線兩端都已正常連接后，供電控制裝備會(huì)將開關(guān)S1從+12V切換至PWM連接狀態(tài)，并發(fā)出PWM信號(hào)。車輛控制裝置通過(guò)監(jiān)測(cè)檢測(cè)點(diǎn)2是否有PWM占空比信號(hào)，來(lái)確認(rèn)充電線兩端是否正常連接。與此同時(shí)，供電控制裝置則仍然通過(guò)測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)1的電壓來(lái)進(jìn)行連接狀態(tài)的判斷。

3.5" 車輛準(zhǔn)備就緒

在車載充電機(jī)自檢完成且無(wú)故障，同時(shí)電池組處于可充電狀態(tài)并順利發(fā)出充電請(qǐng)求時(shí)，車輛控制裝置閉合開關(guān)S2，此時(shí)車輛準(zhǔn)備就緒。

3.6" 充電樁準(zhǔn)備就緒

車輛準(zhǔn)備就緒的信號(hào)會(huì)通過(guò)檢測(cè)點(diǎn)1的電壓值變化被供電控制裝置知曉。當(dāng)供電控制裝置測(cè)量到檢測(cè)點(diǎn)1的峰值電壓變?yōu)?V時(shí)，說(shuō)明車輛已準(zhǔn)備就緒。此時(shí)，供電控制裝置閉合接觸器K1和K2，交流電到達(dá)車載充電器。在充電過(guò)程中，檢測(cè)點(diǎn)1所監(jiān)測(cè)到的PWM信號(hào)電壓及S2開關(guān)狀態(tài)等情況見表1。

3.7" 匹配參數(shù)開始充電

當(dāng)電動(dòng)汽車和供電設(shè)備建立電氣連接后，車輛控制裝置需完成車載充電機(jī)最大允許電流的設(shè)置。車輛控制裝置對(duì)供電設(shè)備當(dāng)前提供的最大供電電流值、車載充電機(jī)的額定輸入電流值及充電線纜的額定容量進(jìn)行比較，將其中的最小值設(shè)定為車載充電機(jī)當(dāng)前最大允許輸入電流。

供電設(shè)備當(dāng)前提供的最大供電電流值可通過(guò)檢測(cè)點(diǎn)2的PWM占空比信號(hào)獲取。PWM電壓-時(shí)間關(guān)系如圖2所示，PWM占空比D與最大充電電流Imax的對(duì)應(yīng)關(guān)系[1]見表2。

充電線纜載流值可通過(guò)RC阻值獲得。表3是RC電阻值與充電線纜額定電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系。完成電流設(shè)置后，供電設(shè)備開始對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。

3.8" 充電過(guò)程監(jiān)測(cè)

在充電過(guò)程中，供電設(shè)備對(duì)檢測(cè)點(diǎn)1和4進(jìn)行不間斷檢測(cè)，以確認(rèn)充電連接裝置的連接狀態(tài)和車輛是否處于可充電狀態(tài)。車輛對(duì)檢測(cè)點(diǎn)2和3進(jìn)行不間斷檢測(cè)，用以確認(rèn)車輛接口的連接狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)點(diǎn)2的PWM信號(hào)占空比有變化時(shí)，車輛會(huì)實(shí)時(shí)調(diào)整車載充電機(jī)的輸出功率。

3.9" 充電結(jié)束

第1種情況，當(dāng)車輛達(dá)到充電結(jié)束的條件，如電池已充滿等，此時(shí)車輛控制裝置斷開S2，并使車載充電機(jī)停止充電。

第2種情況，若充電樁達(dá)到了充電結(jié)束的條件，如操作人員結(jié)束刷卡，那么供電控制裝置將開關(guān)S1切換至12V狀態(tài)，并斷開K1、K2開關(guān)，充電結(jié)束。

4" "故障原因分析

當(dāng)整車上電時(shí)，儀表信息顯示正常且車輛能正常行駛，說(shuō)明儀表供電電源線路正常。而在進(jìn)行慢充充電時(shí)，儀表無(wú)任何信息，這證明儀表未被喚醒，或儀表供電電源線路存在故障。

車載充電機(jī)內(nèi)部的自勵(lì)喚醒電源模塊將高壓電轉(zhuǎn)換為慢充喚醒信號(hào)。由此可見，慢充喚醒信號(hào)與充電設(shè)備和零部件有直接的關(guān)系。

另外，如果車載充電機(jī)的12V低壓供電電源存在問(wèn)題，也會(huì)導(dǎo)致車載充電機(jī)內(nèi)部控制模塊無(wú)法工作，進(jìn)而造成喚醒信號(hào)故障。在本次出現(xiàn)故障的車輛中，在充電時(shí)車載充電機(jī)電源燈點(diǎn)亮，故障指示燈熄滅，這證明車載充電機(jī)內(nèi)部的自勵(lì)喚醒電源模塊和12V低壓供電電源正常。因此應(yīng)重點(diǎn)檢查喚醒信號(hào)輸出線路[2]。

5" 故障的檢查與排除

5.1" 利用BDS診斷解析故障碼和數(shù)據(jù)流

將VCI診斷與OBD診斷口連接，選擇USB連接方式快速測(cè)試。

1）讀取到整車控制模塊故障碼——與CHG通信丟失，這表明整車控制器VCU與車載充電機(jī)CHG可能存在通信故障，記錄該信息。

2）清除故障碼后再次讀取故障碼，信息顯示與之前一致，同樣記錄該信息。

3）讀取整車控制器數(shù)據(jù)流，母線電壓都為0，母線電流也為0，這說(shuō)明動(dòng)力電池不能正常進(jìn)行自檢。整車模式變量運(yùn)行異常，且State狀態(tài)為12V，證明整車控制器未被喚醒。而母線實(shí)際電壓V1、V2、V3均可以監(jiān)測(cè)，說(shuō)明整車上電機(jī)制無(wú)故障。

4）讀取組合儀表數(shù)據(jù)流，慢充輸入信號(hào)無(wú)效，動(dòng)力電池充放電電流為0，與故障現(xiàn)象一致。各個(gè)故障燈都未點(diǎn)亮，證明儀表未被喚醒。

5）讀取動(dòng)力電池充電狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流，此時(shí)動(dòng)力電池有充電請(qǐng)求輸出，說(shuō)明動(dòng)力電池與車載充電機(jī)通信無(wú)故障。CC連接確認(rèn)異常，說(shuō)明故障可能出現(xiàn)在車載充電機(jī)與充電樁之間。CC連接狀態(tài)確認(rèn)如圖3所示。

5.2" 交流充電樁充電線測(cè)試

對(duì)充電線進(jìn)行檢查，具體如下：檢查充電線外觀是否有割破、生銹、破裂、潮濕等情況，結(jié)果顯示無(wú)異常;檢查充電線終端CC與PE導(dǎo)通情況，結(jié)果為導(dǎo)通;檢查充電線車端與充電樁端CP的導(dǎo)通情況，檢查結(jié)果為導(dǎo)通;檢查充電線車端CC與PE阻值，顯示為0.669kΩ，約等于680Ω。由于S3為車端充電槍中常閉的開關(guān)，所以測(cè)量得到的電阻為充電槍中RC的阻值680Ω（充電電纜額定容量為16A），該阻值符合標(biāo)準(zhǔn);檢查充電線車端常閉開關(guān)S3是否有卡滯失效情況，經(jīng)檢查，常閉開關(guān)S3卡滯異常（圖4），存在故障現(xiàn)象，需更換充電槍[3]。

5.3" 故障排除與檢驗(yàn)

更換充電槍后進(jìn)行整車上電操作，觀察儀表信息數(shù)據(jù)，未發(fā)現(xiàn)故障。接著執(zhí)行慢充操作，儀表無(wú)任何信息，這說(shuō)明充電系統(tǒng)還存在其他故障，需要繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)。再次讀取動(dòng)力電池充電狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流，顯示CC連接確認(rèn)正常，由此說(shuō)明交流充電線車端常閉開關(guān)S3卡滯是導(dǎo)致無(wú)法慢充的原因之一。

5.4" 車載充電機(jī)低壓線束插件檢查

檢查車載充電機(jī)低壓線束插件的連接情況，檢查結(jié)果牢固;檢查車載充電機(jī)低壓線束插件針腳，檢查結(jié)果為不退針，處于正常狀態(tài)。

5.5" 車載充電機(jī)（CHG）慢充喚醒輸出電壓值測(cè)量

使用絕緣萬(wàn)用表時(shí)，將負(fù)極與車身搭鐵相連，把免剝線測(cè)量?jī)x（圖5）前端對(duì)準(zhǔn)車載充電機(jī)CHG低壓插件15號(hào)端子所在的線束，后端與絕緣萬(wàn)用表正極連接。在執(zhí)行慢充操作時(shí)，使用絕緣萬(wàn)用表電壓擋位進(jìn)行測(cè)量，檢查結(jié)果為13.8V。這說(shuō)明車載充電機(jī)可正常輸出慢充喚醒信號(hào)，車載充電機(jī)內(nèi)部無(wú)故障。

5.6" 車載充電機(jī)（CHG）慢充喚醒信號(hào)傳輸線路檢查

檢測(cè)CHG/A15端子與整車控制模塊插頭VCU/V113端子的導(dǎo)通情況，如圖6所示，測(cè)試結(jié)果為斷路，需要進(jìn)行修復(fù);檢測(cè)CHG/A15端子與組合儀表ICM低壓插頭ICM/4號(hào)端子的導(dǎo)通情況，測(cè)試結(jié)果為導(dǎo)通，正常;檢測(cè)CHG/A15端子與數(shù)據(jù)采集終端（RMS）插頭RMS/A7端子的導(dǎo)通情況，測(cè)試結(jié)果為導(dǎo)通，正常。

5.7" 故障排除與檢驗(yàn)

對(duì)車載充電機(jī)CHG/15號(hào)端子至VCU/V113端子間的線束進(jìn)行修復(fù)。在執(zhí)行整車上電后，儀表Ready燈點(diǎn)亮，儀表顯示信息正常。當(dāng)執(zhí)行慢充操作后，車載充電機(jī)電源和工作指示燈點(diǎn)亮，儀表充電界面及充電參數(shù)正常，故障完全解除。隨后恢復(fù)場(chǎng)地，交付車輛。

參考文獻(xiàn)：

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