歐標(biāo)電動(dòng)汽車?yán)^電器粘連故障檢測(cè)方案

【摘" 要】隨著電動(dòng)汽車的普及，充電安全問題日益凸顯。車輛繼電器作為充電控制導(dǎo)引電路的關(guān)鍵組件，其可靠性直接影響到充電過程的穩(wěn)定性和安全性。文章針對(duì)歐標(biāo)電動(dòng)汽車充電控制導(dǎo)引電路中繼電器粘連故障問題，分析其粘連原因、檢測(cè)方法及解決措施。通過結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)和案例分析，提出一套有效的車輛繼電器粘連故障檢測(cè)方案。該方案不僅能保障車輛免受損害，還顯著增強(qiáng)了電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的安全性與可靠性。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車；繼電器；粘連故障；充電安全

中圖分類號(hào)：U469.72"""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A""" 文章編號(hào)：1003-8639（2025）01-0035-03

Detection Scheme for Adhesion Faults of Relays in European Standard Electric Vehicles

SUN Tonglong，ZHANG Junyi，CHEN Lixue，ZHANG Meng，HUO Yibo

（CATARC New Energy Vehicle Test Center（Tianjin）Co.，Ltd.，Tianjin 300300，China）

【Abstract】With the popularity of electric vehicles，charging safety issues have become increasingly prominent. As a key component of the charging control guidance circuit，the reliability of vehicle relay directly affects the stability and safety of the charging process. In this paper，the reasons，detection methods and solutions of the relay adhesion fault in the guidance circuit of charging control of European standard electric vehicles are analyzed. By combining the test data and case analysis，an effective vehicle relay adhesion fault detection scheme is proposed，which can not only protect the vehicle from damage，but also significantly enhance the safety and reliability of electric vehicle charging system.

【Key words】electric vehicle；relay；adhesion faults；charging safety

0" 引言

在電動(dòng)汽車充電時(shí)，控制導(dǎo)引電路的穩(wěn)定性與充電安全及效率緊密相連。繼電器作為關(guān)鍵控制部件，其性能優(yōu)劣直接左右著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。近年來，繼電器粘連故障頻頻出現(xiàn)，這不僅干擾了充電進(jìn)程的正常推進(jìn)，還可能引發(fā)安全事故。故而，深入探究歐標(biāo)電動(dòng)汽車充電控制導(dǎo)引電路中繼電器粘連故障的成因、影響以及應(yīng)對(duì)策略，具有極為關(guān)鍵的理論與應(yīng)用價(jià)值。

1" 歐標(biāo)直流充電控制導(dǎo)引電路

歐標(biāo)電動(dòng)汽車控制導(dǎo)引電路示意如圖1所示。

在該電路系統(tǒng)中，I_DC為直流電源輸出的電流測(cè)量值，V_DC為直流電源輸出接口處的電壓測(cè)量值。其中，DC+為直流電源的正極，DC-為直流電源的負(fù)極，PE為保護(hù)導(dǎo)線，PP為直流電源充電槍頭電阻，其阻值1500Ω。CP為控制導(dǎo)引信號(hào)，R_pe為預(yù)充電路電阻。而K1、K2是電動(dòng)汽車供電設(shè)備電源輸出繼電器，K5、K6是車輛快充繼電器。

歐標(biāo)直流充電流程分為連接檢測(cè)、初始化階段、預(yù)充狀態(tài)、正式充電和結(jié)束階段。

1）連接檢測(cè)。當(dāng)車輛與充電設(shè)備開始連接時(shí)，CP電壓由+12V變?yōu)?9V，電子鎖上鎖。CP電壓為9VPWM波，占空比為5%。此階段進(jìn)行絕緣檢測(cè)和插座溫度檢測(cè)，并建立電力線通信（Power Line Communication，PLC），以交換操作限制和充電參數(shù)。

2）初始化階段。車輛將CP狀態(tài)由9V變?yōu)?V，表示車輛已準(zhǔn)備好。隨后進(jìn)行車樁通信，通過ChargeParameterDiscoveryReuqest（充電參數(shù)發(fā)現(xiàn)請(qǐng)求）和ChargeParameterDiscoveryRes（充電參數(shù)發(fā)現(xiàn)響應(yīng)）報(bào)文交換供電設(shè)備與車輛的最大充電能力信息。交換充電能力信息后再進(jìn)行絕緣檢測(cè)。

3）預(yù)充階段。在預(yù)充狀態(tài)，車輛發(fā)送電壓、電流請(qǐng)求，電流請(qǐng)求小于2A。樁端主繼電器閉合后，電動(dòng)汽車供電設(shè)備（Electric Vehiclesupply Equipment，EVSE）在公差范圍內(nèi)調(diào)整直流輸出電壓，并將電流限制為最大值2A。根據(jù)IEC 61851-23中規(guī)定的要求，預(yù)充電過程EVSE充電電壓需與車輛電池電壓相匹配。當(dāng)電動(dòng)汽車閉合其繼電器時(shí)，電動(dòng)汽車直流充電輸出電壓與電動(dòng)汽車電池電壓之間的電壓差小于20V。當(dāng)電池電壓與樁端輸出電壓壓差大于20V時(shí)，預(yù)充繼電器斷開。

4）正式充電。在正式充電階段，車輛發(fā)送充電請(qǐng)求以啟用直流電源輸出。在EVSE給出充電準(zhǔn)備就緒的報(bào)文后，車端根據(jù)車樁充電能力請(qǐng)求充電電壓、電流開始正式充電。

5）結(jié)束階段。車樁任何一段都可以主動(dòng)停止充電，由車端發(fā)送停止能量傳輸請(qǐng)求，樁端對(duì)其響應(yīng)后，關(guān)閉電能傳輸，并在此之后結(jié)束通信。

2" 繼電器粘連故障常見原因分析

預(yù)充電階段車與樁之間的故障是造成車輛繼電器粘連的主要原因，通常故障情況有兩種。

1）異常占空比。在車輛已經(jīng)接收Charge Parameter Discovery Request之后的任何時(shí)間點(diǎn)，如果車輛通信控制器（Electric Vehicle Communication Controller，EVCC）檢測(cè)出CP占空比不是正常范圍3%～7%，那么EVCC會(huì)立即切換CP狀態(tài)為9V，終止車樁通信并在應(yīng)用層請(qǐng)求停止TCP連接。樁端檢測(cè)到異常占空比后，會(huì)將預(yù)充電壓降低到0V，若此時(shí)車輛未將車輛蓄電池電壓降低至0V，仍然閉合繼電器K5、K6，則繼電器兩端會(huì)存在巨大的電壓差，導(dǎo)致繼電器產(chǎn)生電火花，從而粘連無法打開。

2）充電槍連接異常。正常連接情況下的PP阻值為1500Ω，車輛應(yīng)持續(xù)檢測(cè)PP電阻值。電動(dòng)汽車供電設(shè)備檢測(cè)到異常后，通常會(huì)存在故障保護(hù)機(jī)制，將其輸出電壓降低。若車輛不對(duì)PP持續(xù)檢測(cè)，此時(shí)車輛閉合繼電器K5、K6同樣會(huì)有粘連風(fēng)險(xiǎn)。

3" 案例分析

測(cè)試過程中，測(cè)試系統(tǒng)執(zhí)行正常充電程序，發(fā)送有效的PreChargeRequest報(bào)文，并設(shè)置PP電阻值為1500Ω。車輛回復(fù)PreChargeResponce報(bào)文，閉合電池內(nèi)部繼電器，并根據(jù)電池實(shí)際電壓設(shè)定充電測(cè)試系統(tǒng)的目標(biāo)電壓值。測(cè)試系統(tǒng)將電壓抬升至目標(biāo)電壓后，PP阻值被設(shè)置為無效PP電阻值（480Ω）。預(yù)充電超時(shí)CP、占空比、電壓、電流波形示意如圖2所示。

無效阻值設(shè)定后，測(cè)試系統(tǒng)將電壓降低至0V。此時(shí)車應(yīng)對(duì)PP電阻進(jìn)行檢測(cè)，并識(shí)別為無效電阻值，隨后車輛應(yīng)將電池電壓降低至0V，停止預(yù)充電過程。若此時(shí)車輛沒有執(zhí)行此項(xiàng)操作，并且仍然閉合了充電口繼電器K5、K6，此時(shí)電池內(nèi)部繼電器處于閉合狀態(tài)，充電口繼電器K5、K6閉合會(huì)導(dǎo)致繼電器兩端存在電壓差，電壓差會(huì)導(dǎo)致繼電器吸合而無法動(dòng)作，導(dǎo)致預(yù)充電過程異常結(jié)束。測(cè)試結(jié)果顯示，車輛未識(shí)別異常PP電阻，并保持TCP連接與K5、K6閉合狀態(tài)，測(cè)試系統(tǒng)判定測(cè)試結(jié)果為Fail。預(yù)充電超時(shí)報(bào)錯(cuò)信息如圖3所示。

4" 解決繼電器粘連故障的技術(shù)措施

充電過程中，車輛繼電器粘連的直接原因是繼電器兩端存在電壓差，導(dǎo)致這一故障的根本原因是車輛未對(duì)充電異常情況（CP占空比異常、PP電阻異常）持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。針對(duì)這類歐標(biāo)電動(dòng)汽車，本節(jié)設(shè)計(jì)了一種保護(hù)車輛繼電器安全的前提下繼電器粘連故障的測(cè)試方法。

測(cè)試系統(tǒng)采用Chroma歐標(biāo)直流充電測(cè)試系統(tǒng)，其測(cè)試系統(tǒng)搭建如圖4所示。在預(yù)充電階段，車輛發(fā)送預(yù)充電請(qǐng)求后，測(cè)試系統(tǒng)按照車輛請(qǐng)求的目標(biāo)電壓升壓。當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)電壓達(dá)到目標(biāo)電壓值后，測(cè)試系統(tǒng)立即設(shè)置無效PP電阻為480Ω或?qū)P占空比調(diào)整到無效范圍，并保持電壓輸出。此時(shí)產(chǎn)生兩種狀態(tài)，詳見下文。

1）若車輛能夠?qū)P電阻和CP占空比進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，此時(shí)識(shí)別到無效PP電阻或占空比后，車輛則需由EVCC停止充電進(jìn)程，立即切換CP狀態(tài)至9V，終止V2G通信，并斷開TCP連接。

2）車輛不能對(duì)PP電阻和CP占空比進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，車輛繼續(xù)充電流程。

根據(jù)以上兩種情況，可以對(duì)車輛實(shí)樁充電過程中的繼電器粘連故障進(jìn)行預(yù)警。車輛處于狀態(tài)1）時(shí)，則車輛能夠持續(xù)監(jiān)測(cè)異常環(huán)境，及時(shí)停止充電過程，并將電池電壓降低至0V。車輛處于狀態(tài)2）時(shí)，則車輛不能對(duì)異常持續(xù)監(jiān)測(cè)，仍然能夠保持充電狀態(tài)，由此可判斷車輛繼電器K5、K6會(huì)照常閉合。占空比異常充電流程如圖5所示。

在該測(cè)試系統(tǒng)中，C1為充電電流，C3為CP信號(hào)，C4為充電電壓。測(cè)試系統(tǒng)起始于T0時(shí)刻，系統(tǒng)首先發(fā)送5%占空比，使得充電流程正常進(jìn)行。至T1時(shí)刻，車輛閉合S2進(jìn)行絕緣檢測(cè)，此時(shí)CP電壓為6V。在絕緣檢測(cè)完成后，車輛發(fā)送預(yù)充電請(qǐng)求，測(cè)試系統(tǒng)將電壓升高至664V，并在T2時(shí)刻將CP占空比設(shè)置為54%。當(dāng)車輛檢測(cè)到異常占空比后，停止充電流程，同時(shí)打開S2。此時(shí)因?yàn)檐囕vK5、K6仍保持閉合，因此測(cè)試系統(tǒng)保持664V電壓，以保護(hù)車輛繼電器，待車輛完全停止充電流程并打開K5、K6后，再將電壓減低至0V。

5" 結(jié)論與展望

本文針對(duì)歐標(biāo)電動(dòng)汽車充電控制導(dǎo)引電路的繼電器粘連故障展開了深入剖析與探究，進(jìn)而給出了頗具成效的解決方案以及預(yù)防策略。展望未來的研究方向，一方面需持續(xù)深入挖掘繼電器粘連故障的內(nèi)在機(jī)理，積極探尋新型材料與技術(shù)來提升繼電器的性能表現(xiàn)與可靠程度；另一方面，智能監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用也將為電動(dòng)汽車充電安全開辟嶄新的技術(shù)支撐路徑，有力推動(dòng)電動(dòng)汽車充電技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展與完善，為電動(dòng)汽車的廣泛普及與安全使用奠定更為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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（編輯" 凌" 波）