基于比亞迪秦的交流充電原理及故障分析

摘要：以2020款比亞迪秦EV為研究對(duì)象，深入探討交流充電系統(tǒng)的工作原理，細(xì)分新能源汽車慢充系統(tǒng)中的常見故障，并通過故障檢修實(shí)例，分析相關(guān)線路的波形等電信號(hào)，闡述故障產(chǎn)生的根源，旨在為新能源汽車故障檢修等工作提供參考。

關(guān)鍵詞：交流充電；電池管理器；新能源汽車故障檢修；比亞迪秦

中圖分類號(hào)：U469收稿日期：2024-11-28

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.01.035

1前言

廣義上講，充電系統(tǒng)包含將電能從交流電網(wǎng)傳輸并轉(zhuǎn)換至動(dòng)力電池包的所有裝置[1]。純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池包獲得電能的主要方式包含交流充電、直流充電以及能量回收[2]，其中交流充電、直流充電為靜態(tài)充電，能量回收為動(dòng)態(tài)充電。

本文以2020款比亞迪秦EV為研究對(duì)象，聚焦電動(dòng)汽車慢充系統(tǒng)故障的分析和診斷，對(duì)充電異常中電池管理器、車載充電器及線路進(jìn)行研究，旨在診斷維修充電系統(tǒng)故障。

2充電系統(tǒng)的類型

電車充電類型有交流充電、直流充電、無線充電、換電技術(shù)。本文主要闡述交流充電，交流是指使用220V或380V交流電源給電動(dòng)汽車的車載充電機(jī)充電，充電功率通常為40kW（63A）、3kW（16A）、7kW（32A）、2kW（8A）等。

3比亞迪秦EV慢充系統(tǒng)組成

比亞迪秦EV的慢充系統(tǒng)由充電樁、充電槍、充電接口、車載充電機(jī)、動(dòng)力電池包、充配電總成、充電指示燈、車身管理模塊（BCM）高壓導(dǎo)線纜及電池管理系統(tǒng)組成。

3.1動(dòng)力電池包

2020款比亞迪秦EV動(dòng)力電池包由10個(gè)模組串聯(lián)，共112節(jié)鎳鈷錳酸鋰鋰電池組成，動(dòng)力電池包總電壓：3.65V×112節(jié)=408.8V，電池額定容量為130A·h，額定電量為53.14kW·h。

3.2車載充電機(jī)和充配電總成

比亞迪秦EV的高壓配電盒集成車載充電機(jī)、DC/DC轉(zhuǎn)換器和充配電總成。為電池包充電時(shí)，它的主要功能是將外部電源提供的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，以供電池充電使用。在高壓上電時(shí)，配電盒與電池管理模塊等其他動(dòng)力控制單元通信，以控制電能傳輸?shù)津?qū)動(dòng)電機(jī)，使車輛正常上電。

3.3充電接口

比亞迪秦EV的直流充電接口位于車前車標(biāo)下方，交流充電接口則位于車輛右后側(cè)面。交流充電槍觸頭電氣參數(shù)依據(jù)GB/T20234.2—2015電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第2部分規(guī)定。

3.4電池管理系統(tǒng)

電池管理控制器（BatteryManagementSystem，BMS）的數(shù)據(jù)由安裝在各電池模組上的電池信息采集（BatteryInformationCollector，BIC）獲取，通過監(jiān)測(cè)電池的電壓、溫度計(jì)算SOC（StateofCharge）/SOH（StateofHealth）、接觸器控制、功率控制、電池異常狀態(tài)報(bào)警、通信等，確保充電和放電過程的安全和穩(wěn)定。

4慢充控制原理分析

依據(jù)GB/T27930—2023《非車載傳導(dǎo)式充電機(jī)與電動(dòng)汽車之間的數(shù)字通信協(xié)議》規(guī)定，電動(dòng)汽車充電過程包含物理連接完成、低壓輔助上電、充電握手階段，充電參數(shù)配置階段、充電階段和充電結(jié)束階段。物理連接完成、低壓輔助上電后，在通信全周期，充電機(jī)和車輛若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)未接收對(duì)方報(bào)文或未接收正確報(bào)文，即判定為超時(shí)，車輛或充電機(jī)發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)規(guī)定的錯(cuò)誤報(bào)文，充電結(jié)束過程應(yīng)符合GB/T18487.1—2023中B4.6和B4.7的相關(guān)規(guī)定。

4.1充電模式啟動(dòng)

第一步是物理連接，即充電槍連接到車身充電口，充電口處指示燈白色常亮，插座或充電樁處為綠色呼吸燈。比亞迪秦EV交流充電控制電路原理如圖1所示。定義未連接充電槍時(shí)為未連接狀態(tài)；連接充電槍，按壓機(jī)械鎖止裝置（S3處于斷開狀態(tài)）時(shí)為半連接狀態(tài)，此時(shí)使用萬用表測(cè)量充電槍CC端口-PE端口的電阻為RC+R4電阻，實(shí)測(cè)為3.5kΩ;連接充電槍，松開機(jī)械鎖止裝置（S3處于閉合狀態(tài)）時(shí)為完全連接狀態(tài)，此時(shí)使用萬用表測(cè)量充電槍CC端口-PE端口電阻為RC電阻，實(shí)測(cè)為1.5kΩ。

如圖1所示，高壓充配電總成通過測(cè)量導(dǎo)引線路中定義的檢測(cè)點(diǎn)3（CC端口與PE端口之間）的電阻（電壓）值來判斷當(dāng)前充電連接裝置額定容量和連接狀態(tài)，RC和R4組成充電容量判斷的電阻網(wǎng)，車載充電機(jī)根據(jù)此網(wǎng)絡(luò)電阻值（信號(hào)電壓值）來判定當(dāng)前設(shè)備容量，當(dāng)車輛控制裝置測(cè)得RC阻值為1.5kΩ時(shí)，電纜線的電流容量值為10A。

4.2供電設(shè)備啟動(dòng)

交流供電設(shè)備根據(jù)CP（充電連接確認(rèn)）信號(hào)線路上檢測(cè)點(diǎn)1的9V電壓判斷供電設(shè)備與車輛已連接，供電設(shè)備也進(jìn)入準(zhǔn)備階段。

正確連接充電槍過程中，檢測(cè)點(diǎn)3的電壓先被RC+R4拉低，后被RC拉低，車輛確認(rèn)充電槍連接。正確連接充電槍過程中，檢測(cè)點(diǎn)1的電壓由12V被電阻R3拉低，交流供電設(shè)備內(nèi)部開關(guān)S1切換至占空比PWM連接狀態(tài)，CP的占空比表示交流充電樁的最大供電電流能力，國(guó)標(biāo)規(guī)定CP端口占空比的識(shí)別有效值區(qū)間為8%～90%。

CP信號(hào)由交流供電設(shè)備發(fā)出，一個(gè)來源于12V的高電平，另一個(gè)是12V的PWM。CP信號(hào)取哪個(gè)源輸出取決于S1開關(guān)的切換。交流充電樁供電后，CP信號(hào)初始為S1切到12V電平輸出。當(dāng)充電槍與車輛端連接后，車輛內(nèi)部CC和CP信號(hào)線路的電阻R3串聯(lián)到電路，12V電平通過回路的內(nèi)部電阻R1和車輛內(nèi)部電阻R3分壓，檢測(cè)點(diǎn)1處電平由12V變?yōu)?V，即判斷供電設(shè)備與車輛已連接，供電設(shè)備也進(jìn)入準(zhǔn)備階段。

檢測(cè)點(diǎn)2的波形被二極管整流濾波，波形如圖2所示的狀態(tài)；車載充電器完成自檢且無故障，電池包可充電時(shí)，車輛控制裝置控制S2閉合，再次拉低檢測(cè)點(diǎn)1、檢測(cè)點(diǎn)2的幅值，波形如圖3所示，檢測(cè)點(diǎn)1的幅值拉低到6V，供電裝置控制接觸器K1、K2閉合，開始充電[3]。

高壓充配電總成根據(jù)CC和CP信號(hào)確認(rèn)供電設(shè)備、充電槍和車輛完全連接，將電池管理系統(tǒng)BMS輸出的高電位即檢測(cè)點(diǎn)3的電壓由（10.74V）充電連接信號(hào)拉低至低電位（2.86V），電池管理系統(tǒng)BMS檢測(cè)到充電連接信號(hào)變化，確認(rèn)車輛通過充電槍與供電設(shè)備完全連接，并與組合儀表通信，點(diǎn)亮組合儀表上的充電連接指示燈。

充配電總成通過網(wǎng)關(guān)從動(dòng)力CAN總線轉(zhuǎn)換到舒適CAN總線傳遞信息至BCM，BCM通過動(dòng)力CAN總線向BMS發(fā)送充電請(qǐng)求，BMS自檢無誤后，吸合主負(fù)接觸器、預(yù)充接觸器、主正接觸器[4]。充電連接完成，此時(shí)儀表顯示充電時(shí)間和充電電流。

5慢充系統(tǒng)常見故障分類及故障分析

結(jié)合電路原理和檢測(cè)數(shù)據(jù)，慢充系統(tǒng)故障可分為以下5種，本文以第5種故障現(xiàn)象為例，分析故障機(jī)理。

5.1故障類型及分析

第1種故障現(xiàn)象：OFF擋，連接充電槍，儀表不點(diǎn)亮，充電口指示燈不亮，充電槍指示燈綠色閃爍；初步排查及可能原因是車輛能否正常上電，低壓蓄電池電壓是否低于11V，若蓄電池電壓正常則可能原因?yàn)椋篴.BCM局部故障；b.儀表與BCM線路故障；c.儀表局部故障。

第2種故障現(xiàn)象：OFF擋，連接充電槍，儀表只顯示充電連接指示燈，文字提示“充電連接中”，充電儀表無功率顯示。初步排查充配電總成未讀出故障碼；電池管理單元故障碼：P1A3400預(yù)充失敗故障；讀數(shù)據(jù)流預(yù)充繼電器、主負(fù)、主正繼電器未吸合?？赡茉蛉缦拢篴.充配電總成及相關(guān)線路故障；b.充電槍故障;c.電池管理器局部故障。

第3種故障現(xiàn)象：ON擋，未連接充電槍，車輛儀表顯示車輛連接指示燈，不顯示充電功率及充電電流?？赡茉蛉缦拢篴.充配電系統(tǒng)故障；b.交直流充電口異常；c.充配電總成與BCM線路故障。

第4種故障現(xiàn)象：充電時(shí)，儀表充電連接指示燈點(diǎn)亮，主警告燈點(diǎn)亮，文字提示“充電連接中、EV功能受限”，充電界面無功率顯示。充配電總成未讀出故障碼；電池管理單元故障碼：P1A3400預(yù)充失敗故障；P1A3000負(fù)極接觸器回檢故障?？赡茉蛉缦拢篴.預(yù)充接觸器相關(guān)線路異常；b.負(fù)極接觸器相關(guān)線路故障。

第5種故障現(xiàn)象：充電時(shí)，儀表充電連接指示燈點(diǎn)亮，充電設(shè)備指示燈正常，電量指示有流動(dòng)示意，過5min，充電槍跳開。充配電總成讀出故障碼：P158900-充電口溫度采樣異常?？赡茉蛉缦拢篴.溫度傳感器故障；b.溫度傳感器線路故障；c.車載充電機(jī)內(nèi)部故障。

5.2故障現(xiàn)象

連接2.5kW充電槍，充電時(shí)，儀表充電連接指示燈點(diǎn)亮，充電設(shè)備指示燈正常，充電槍跳開，不顯示充電功率，儀表出現(xiàn)報(bào)警音；充配電總成讀出故障碼：P158900-充電口溫度采樣異常；數(shù)據(jù)流顯示“充電口溫度過高”，拔出充電槍，上高壓電，儀表顯示“OK”燈，可以掛擋位行駛。

5.3故障原因分析

儀表顯示的充電功率和當(dāng)前所選用的供電設(shè)備功率不匹配，說明車輛在充電過程中系統(tǒng)啟動(dòng)故障保護(hù)功能，限制充電功率，結(jié)合比亞迪秦EV慢充系統(tǒng)電路圖，車輛充電控制邏輯和故障碼，得出可能原因如下：a.溫度傳感器故障；b.溫度傳感器線路故障；c.車載充電機(jī)內(nèi)部故障；d.CP信號(hào)和溫度傳感器的接地信號(hào)相互短接，導(dǎo)致CP信號(hào)的波形不正常。充配電總成收到不正常的連接信號(hào)時(shí)將不會(huì)繼續(xù)傳達(dá)指令及做出反應(yīng)，導(dǎo)致充電失敗。

5.4故障診斷流程

a.使用萬用表檢測(cè)蓄電池電壓，電壓為12.15V，電壓正常。

b.檢查車載充電機(jī)的溫度傳感器信號(hào)線。

連接充電槍到車輛，用萬用表測(cè)量車載充電機(jī)的BK46/7對(duì)地電壓，常溫下電壓應(yīng)該為2.5V左右（根據(jù)溫度不同會(huì)有變化），實(shí)測(cè)為0V，數(shù)據(jù)異常，說明測(cè)試點(diǎn)與地之間短路或信號(hào)線路對(duì)地短路。

c.檢查充電口的溫度傳感器信號(hào)線。

連接充電槍到車輛，用萬用表測(cè)量交流充電口的KB53B/7對(duì)地電壓，常溫下電壓應(yīng)該為2.5V左右（根據(jù)溫度不同會(huì)有變化），實(shí)測(cè)為0V，數(shù)據(jù)異常。

d.檢查充電口的溫度傳感器接地線。

車輛連接充電槍，用萬用表測(cè)量交流充電口的KB53B/8對(duì)地電壓，常溫下電壓應(yīng)該小于0.1V，實(shí)測(cè)為2.3V，數(shù)據(jù)異常，說明接地線路和信號(hào)線路短路。

e.檢查充電口的溫度傳感器。

關(guān)閉一鍵啟動(dòng)開關(guān)，拆下蓄電池負(fù)極接線，拔下交流充電口連接器BJK01，用萬用表測(cè)量KB53B/7-KB53B/8電阻，溫度傳感器接地線路阻值，為1.3Ω，此時(shí)室溫為16℃，溫度傳感器電阻應(yīng)為3.7kΩ，數(shù)據(jù)異常。

f.排除交流充電口溫度傳感器故障。

排除交流充電口溫度傳感器接地線路短接故障，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

5.5故障機(jī)理分析

因充電口溫度傳感器為NTC熱敏電阻，信號(hào)電壓隨著溫度升高而減小，據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)得知交流充電口溫度傳感器KB53B/7信號(hào)線和KB53B/8接地線路短路，導(dǎo)致車載充電機(jī)監(jiān)測(cè)到充電口的溫度和實(shí)際不符，數(shù)據(jù)流顯示充電口溫度過高，故車載充電機(jī)限制充電電流，甚至無法充電，避免溫度過高導(dǎo)致熱失控安全事故。

6結(jié)語

本文闡述了交流充電的控制原理，通過案例分析的方式，研究了2022款比亞迪秦EV在交流充電過程中充電連接CC信號(hào)和充電控制CP信號(hào)的原理，具體分析驗(yàn)證了充電口溫度傳感器的線路故障也同樣會(huì)導(dǎo)致充電異常，研究結(jié)論為新能源汽車的研究學(xué)者和從業(yè)人員提供了新的思路。

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作者簡(jiǎn)介：

敖亞，女，1993年生，講師，高級(jí)技師，研究方向?yàn)槠囯娖鳌⑿履茉雌?、汽車職業(yè)教育。