新能源汽车充电系统原理与检修-课件-第4章-交流慢充系统原理与检修

第4章交流慢充系统原理与检修4.1新能源汽车慢充系统的组成和工作原理4.2交流慢充线束4.3交流慢充系统常见故障的检修

4.1新能源汽车慢充系统的组成和工作原理

学习目标

（1）掌握交流慢充系统的构成；

（2）掌握交流慢充电路的工作原理；

（3）掌握交流充电的基本操作流程。

学习准备

新能源汽车一体化汽车实训教室，配备如下实训设备、仪器仪表等。

（1）设备：纯电动吉利帝豪EV450／北汽EV200汽车、举升机、交流充电桩等。

（2）工具量具设备：绝缘工具、绝缘手套、万用表、检测仪等。

（3）辅助工具：二氧化碳灭火器、手电筒、抹布。

（4）其他材料：教材、课件、电动汽车使用手册等。

4.1.1交流慢充系统的构成

电动汽车慢充系统主要由供电设备（交流充电桩或家用交流电源）、充电枪、慢充接口、车载充电机（OBC）、高压线束、高压控制盒、动力电池（含BMS）、整车控制器（VCU）及连接它们的高低压线束等元器件构成。

在整个充电的过程中，电池管理系统（BMS）通过动力电池内部监测点监测动力电池各项参数，并通过CAN通信系统和整车控制器（VCU）、车载充电机（OBC）通信，控制和调节充电电流及电压，以满足动力电池的充电特性。交流慢充系统基本结构如图4-1所示。图4-1交流慢充系统结构图

4.1.2交流慢充系统的零部件

1.车载充电机（BOC）

车载充电机拓扑电路如图4-2所示。图4-2车载充电机拓扑电路

车载充电机由高压配电模块、散热层和OBC车载充电机控制模块三部分组成。

图4-3（A）是吉利帝豪EV450车载充电机外形及接口。其中，BV17的引脚1连接动力电池BV161，引脚2连接动力电池BV162；BV27的引脚1连接交流充电插座BV24-1，引脚2连接交流充电插座BV24-2，引脚3连接交流充电插座BV24-3；BV29的引脚1连接电机控制器BV281，引脚2连接电机控制器BV282；BV33的引脚1连接PTC控制器BV321，引脚2连接PTC控制器BV322，引脚3连接电动压缩机BV301，引脚4连接电动压缩机BV302

图4-3（b）是吉利帝豪EV450车载充电机内部结构，由上、中、下三层组成，最上层是高压配电模块，中间层是散热层，最下层是OBC车载充电机控制模块。高压配电模块主要把动力电池电压通过两块跨接板分配到直流充电口、电机、空调、PTC。高压配电模块上还连接各个高压插头和高压互锁线束以及开盖保护开关，以防止在上电期间误开盖而引发触电事故。一般车载充电机采用水冷散热，在中间层设置水道，以便进行散热。OBC车载充电机控制模块内部还包含整流装置、AC／DC转换装置以及温度管理系统等。图4-3吉利帝豪EV450车载充电机及其接口

吉利帝豪EV450车载充电机与交流充电插座、动力电池、电机控制器、电动压缩机、PTC加热控制器通过5条橙色高压线束连接。车载充电机高压电气原理简图如图4-4所示。图4-4-车载充电机高压电气原理简图

车载充电机高压连接器管脚定义如表4-1所示。

车载充电机的功能如下：

（1）通过高速CAN网络与BMS通信，判断动力电池连接状态是否正确；获得电池系统参数及充电前和充电过程中整组和单体电池的实时数据。

（2）通过高速CAN网络与整车控制器通信，上传充电机的工作状态、工作参数和故障告警信息；接收启动充电或停止充电控制命令。

（3）具有交流输入过压保护功能、交流输入欠压告警保护功能、交流输入过流保护功能，直流输出过流保护功能、直流输出短路保护功能。

（4）在充电桩与动力电池之间起功率转换的作用，交流充电桩通过交流充电接口将能量输送给车载充电机，车载充电机与电池管理系统通信，并将能量传递给动力电池。

2.交流慢充接口

交流慢充接口位于汽车左前翼子板上，充电接口内有照明灯，由电池管理系统（BMS）控制。当交流充电枪插入充电接口时，充电枪和车辆之间形成检测回路，若连接正确即可进行充电。

交流慢充接口及各管脚功能如图4-5所示。图4-5交流慢充接口及引脚功能

吉利帝豪EV450交流慢充接口与车载充电机之间通过RV24～BV27高压橙色电缆连接，接入交流充电桩传送的交流电。交流慢充插座BV24、BV25与车载充电机低压充电插座BV10通过低压线束连接，进行信息的采集和通信，如图4-6所示。图4-6吉利帝豪EV450交流慢充接口与车载充电机电气连接图

吉利帝豪EV450交流慢充插座BV10、BV25的端子如图4-7所示。图4-7吉利帝豪EV450交流慢充系统BV10、BV25连接器端子图

交流慢充插座BV10的端子编号定义如表4-2所示，未定义端子引脚为空脚。

3．动力电池及电池管理系统（BMS）

电池管理系统（BMS）、动力电池模块、CSC采集系统、电池高压分配单元（B-BOX）内置在动力电池箱中，如图4-8所示。电池管理系统实时监控电池组电压、温度、电流、绝缘信息，并上报数字控制核心（NCU），根据整车控制器（VCU）指令完成对动力电池高压分配单元（B-BOX）的控制，以保证动力电池在最佳条件下使用。

动力电池的连接器管脚及定义如表4-3所示。图4-8动力电池构造

电池管理系统（BMS）的主要功能如下：

（1）电池SOC（荷电状态）／SOH（电池健康度）检测。计算剩余容量，保证SOC维持在

合理的范围内，根据充电时电压、电流和温度进行容量损耗的估算。

（2）功率限制。限制电量的输出以保护电池包。

（3）唤醒／停止控制。控制车载充电机的启停，保证充电过程安全稳定进行。

（4）电池均衡控制。控制所有电池在一定的压差水平充电，若任意电池的电压值高于平均值，则开启平衡功能，使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。

（5）劣化评估。监控单体电池的数据，保证最佳工作状态。

（6）绝缘电阻计算。监测高压绝缘状态，进行绝缘保护，保证车辆的安全使用。

（7）其他功能。充放电控制，电池冷却控制、系统故障诊新及报警、管理系统的软件更新、升级等。

动力电池通过连接器CA69、CA70及相关低压线束将电池管理系统（BMS）与整车控制器（VCU）、车载充电机（OBC）、功率集成单元（PEＵ）等部件相连。充电时，OBC向VCU发出充电请求，VCU唤醒BMS来控制充电电路。BMS的电源电路和通信线路图如

图4-9所示。图4-9BMS的电源电路和通信线路图

4.整车控制器（VCU）

整车控制器（VCU）是整车控制系统的核心，承担车辆各系统的数据交换与管理、故障诊断、安全监控、驾驶人意图解析等任务。

吉利帝豪EV450整车控制器CA67VCU的结构及连接器管脚如图4-10所示。图4-10帝豪EV450整车控制器

VCU连接器管脚定义如表4-4所示。

VCU的电源电路和通信电路如图4-11所示。图4-11VCU的电源电路和通信电路

4.1.3交流慢系统的工作原理

交流慢充系统工作电路如图4-12所示。

当车辆处于交流充电模式时，车载充电机检测交流充电接口的CCS、CP信号（充电枪插入、导通信号），确认连接无误后通过CAN通信网络通知整车控制器（VCU），VCU唤醒BMS、BMS向车载充电机发送指令充电，同时闭合主继电器，动力电池开始充电。当充电枪与慢充接口断开时，充电桩控制器自动切断慢充充电桩至充电枪的电路。图4-12交流慢充系统工作电路图

1.充电过程

交流慢充的过程如下：

（1）车辆插头与车辆插座插合，VCU通过检测点3（CCS引线端）与PE之间的阻值来判断充电枪与充电插座是否完全连接。

（2）车辆准备就绪。在车载充电机自检完成后，在没有故障的情况下，车载充电机通过CAN向整车控制器（VCU）和电池管理系统（BMS）发出充电请求，BMS检查电池组处于可充电状态时，控制开关S1闭合，车辆处于“充电请求”或“可充电”状态。

（3）供电设备（慢充充电桩）准备就绪。供电控制装置通过测量检测点1的电压值判断供电插头和供电插座是否完全连接，当检测点1的峰值电压为6VCU时（见表4-5），充电桩控制器通过闭合接触器K1和K2使交流供电回路导通。

（4）开始充电。车辆控制装置通过测量检测点3（CCS引线端）与PE之间的电阻值，来确认当前车辆充电系统的额定充电电流，通过判断检测点2的PWM信号占空比确认供电设备的最大可供电能力。

（5）充电结束或停止控制。

（6）非正常条件下充电结束或停止控制。

2.交流（慢充）充电桩的要求及特点

1）交流充电桩技术要求

交流充电桩作为电动汽车电能补给的一种重要方式，通常安装于公共建筑和居民小区停车场或充电站内，可以固定在地面或墙壁上，为各种型号的电动汽车充电。充电桩应该

满足以下技术要求：

（1）高安全性、可靠性。

（2）硬件设计符合功能完善理念。

（3）安全防护措施完备。

（4）友好的人机交互。

（5）性能优化升级。

2）交流充电桩功能要求

交流充电桩的系统简单、占地面积小、操作方便，应具备以下功能：

（1）控制导引功能。

（2）远程通信功能。

（3）人机交互功能。

（4）计量计费功能。

（5）锁止功能。

（6）急停功能。

（7）安全防护功能。

（8）交流充电桩设置刷卡接口。

（9）交流充电桩具备充电接口的连接状态判断、控制导引等完善的安全保护控制逻辑。

4.1.4-我国充电接口标准

充电接口和充电协议的匹配是新能源汽车使用充电桩充电时必须具备的基本条件，在执行新国标之前，国内存在三种充电标准：第一种是旧国标GB／T20234，规定了交流与直流接口的标准，但由于标准的不完善，厂商执行并不规范；第二种是名为CCSS联合充电系统（CoMbiNedChargiNgsysteM）的欧式标准，CCSS标准充电接口如图4-13所示；第三种是特斯拉自有充电体系的标准，仅服务于特斯拉车型。图4-13CCSS标准充电接口

4.2交流慢充线束

学习目标

（1）了解纯电动汽车交流慢充线束常见的检查内容；

（2）了解纯电动汽车交流慢充线束的结构和设计要求；

（3）掌握吉利帝豪EV450或北汽EV200慢充线束更换的方法和流程。

学习准备

新能源汽车一体化教室，配备如下实训设备、仪器仪表等。

（1）设备：纯电动吉利帝豪EV450／北汽EV200汽车、举升机、交流充电桩等。

（2）工量具及仪器设备：绝缘工具、绝缘手套、万用表、检测仪表等；

（3）辅助工具：二氧化碳灭火器、抹布、手电筒；

（4）其他材料：教材、课件、电动汽车使用手册等。

4.2.1交流慢充线束常见的检查内容

电动汽车交流慢充系统主要由交流充电口、交流充电枪锁止电机、动力电池、车载充电机、充电口照明灯等部件及相关线束构成。动力线束（高压配电）布置图如图4-14所示。线束连接器对应名称如表4-6所示。图4-14-动力线束（高压配电）布置图

纯电动汽车在使用的过程中，零件的老化、灰尘的积累等会对交流充电系统正常工作产生影响。因此，需对慢充电系统进行不定期的检查。检查的主要内容如下：

（1）检查充电机能否正常工作。

（2）检查充电插座处是否有灰尘、接触不良等情况，充电插座与充电枪连接是否有松动现象。

（3）检查充电高低压线束是否有破损现象。

（4）检查充电机冷却液管路是否正常、是否有漏液现象。

（5）检查慢充口照明灯能否正常工作。

（6）检查慢充口卡扣盖是否正常。

4.2.2慢充线束的结构

慢充线束来是连接交流充电口和车载充电机的高压线束，市电经过慢充线束传输至充电机中。慢充线束需要承受较高的电压和电流，在一般的电动汽车上，充电线束按额定电压值600VCU设计；而如果在商用车和公共汽车上使用，额定电压值则高达1000Ｖ，根据功率要求，慢充线束使用时的额定电流值可达到250～450A。为适用于较大的电压、电流，要求慢充线束具有较好的绝缘能力。慢充线束表面附有较厚的橙色绝缘套，两端有连接器，在线束外围缠绕橙色波纹保护管，其结构如图4-15所示。图4-15慢充线束的结构

4.2.3慢充线束的设计要求

电动汽车慢充线束在设计时的要求如下：

（1）电压。

（2）电流。

（3）温度。

（4）工作寿命。

（5）屏蔽效果。

（6）柔韧性。

（7）耐弯曲。

（8）标识。

4.3交流慢充系统常见故障的检修

学习目标

（1）了解交流慢充系统常见的故障现象。

（2）掌握交流慢充系统故障排除的思路和方法。

（3）能够解决常见的交流慢充系统故障。

学习准备

新能源汽车一体化教室，配备如下实训设备、仪器仪表等。

（1）设备：纯电动吉利帝豪EV450／北汽EV200汽车、举升机、交流充电桩等。

（2）工量具及仪器设备：绝缘工具、绝缘手套、万用表、汽车专用万用表、汽车故障诊断仪等。

（3）辅助工具：二氧化碳灭火器、抹布、手电筒。

（4）其他材料：教材、课件、电动汽车使用手册等。

4.3.1交流慢充系统的常见的故障

1.

车辆无法充电

故障现象：车辆在使用充电桩充电时，充电桩指示灯亮，充电器电源工作灯亮，车辆无法充电。

可能原因：动力电池控制器故障、动力电池故障、通信故障。

故障诊断与排除：根据上述故障现象，充电桩和充电器工作指示灯正常，检查对象应为通信和动力电池内部。

故障分析：通过以上故障诊断与排除过程，总结以下动力电池具备充电的条件。

（1）充电桩与充电器或快充桩与动力电池的通信要匹配。

（2）车载充电器要能正常工作、无故障。

（3）整车控制器与充电器、动力电池控制器的通信要正常。

（4）唤醒信号要正常。

（5）整车控制器和动力电池控制器的信号要正常。

（6）单体电芯之间电压差小于500MV。

（7）高压电路无绝缘故障。

（8）动力电池内部温度在充电的温度范围内。

2.充电时充电桩跳闸

故障现象：车辆在使用充电桩充电时，出现充电桩跳闸，充电器无法充电。

可能原因：充电器内部短路。

故障诊断与排除：检查充电桩交流220VCU电压、充电桩CP线与充电器连接正常，再检查充电线束、高压线束、充电器、动力电池的绝缘均正常，更换充电器，故障排除。

故障分析：因为此车的故障现象是充电桩跳闸，说明唤醒信号和互锁电路正常，所以基本可以断定是充电器内部短路故障。

3.充电器指示灯不亮

故障现象：车辆在使用充电桩充电时，仪表充电指示灯不亮，车辆无法进行交流充电。

可能原因：充电器内部故障、充电唤醒信号中断或互锁电路故障。

故障诊断与排除：检查低压熔断丝盒内的电池充电熔断丝和充电器低压电源，用万用表直流电压挡测量充电器低压电源正常，再检查充电系统连接插件无退针、锈蚀现象，更

换充电器，故障排除。

故障分析：检查充电器低压供电正常，而充电工作指示灯都不亮，基本确定为充电器内部故障。

4.充电器指示灯正常但无法充电

充电指示灯正常，但充电电流为0A，车辆无法进行交流充电。

可能原因：充电线断路不通，或者充电输出回路开路。

故障诊断与排除：用万用表检查车辆充电相关继电器、线路、动力电池、车载充电机、充电输出线是否断路，输出线根部或插头外是否断线，零件接口是否松动或损坏，12VCU低

压蓄电池长时间使用是否出现充电输出电压不足现象。

故障分析：故障现象说明充电器内部电路工作基本正常。

4.3.2故障诊断思路

（1）验证故障。

（2）进行基本检查。

（3）使用故障诊断仪检查。

（4）检查交流慢充系统的车载充电机、BMS等零部件供电、接地、充电唤醒信号及通信是否正常；根据电路图，检查车载充电机保险、线束、12VCU电源、接地及慢充唤醒信号是否正常，BMS能否正常工作，12VCU唤醒信号是否正常，整车控制器、动力电池等部件的CAN线是否正常；检查动力电池低压控制端搭铁及VCU控制搭铁是否正常。

（5）检查高压电路是否正常。

4.3.3交流慢充系统充电故障的检修

1.充电机低压电源故障或充电机故障的检修

1）故障诊断仪检测

车载交流充电机低压电源故障及充电机内部故障会造成车辆仪表显示报警标识，用故障诊断仪可迅速检测出故障。常见诊断故障代码（DTC）如表4-7所示。

2）故障排除

对于这类故障，一般诊断和排除流程如下：

（1）用诊断仪访问车载充电机，查看是否有DTC，如有，则根据DTC提示的相关信息和故障范围进行检查维修（见表4-6）。

（2）用万用表测量蓄电池电压，与标准电压值进行比较（标准值：11～14Ｖ），若达不到要求，则对蓄电池充电或者更换蓄电池。

（3）检查车载充电机供电是否正常，接好相关线路。吉利帝豪EV450车载充电机低压系统电路简图如图4-16所示。图4-16吉利帝豪EV450车载充电机低压系统电路简图

3）根据电路检查

（1）检查EF27保险是否熔断，若熔断则更换保险，正常则继续进行以下步骤。

（2）检查车载充电机供电是否正常。断开车载充电机线束连接器BV10，接通开关电源。

测量车载充电机线束连接器BV10的4号端子对车身接地的电压，和蓄电池电压标准值（11～14Ｖ）进行比较。若电压值异常则进一步检查充电机低压电源线束，如正常，则继续进行下面的步骤。吉利帝豪EV450车载充电机低压连接器BV10引脚图如图4-17所示。图4-17吉利帝豪EV450车载充电机低压连接器BV10引脚

（3）检查车载充电机接地相关线路。测量车载充电机线束连接器BV10的6号端子与车身接地之间的电阻值，和电阻标准值（小于1Ω）进行比较。电阻值若异常，则维修或更换充电机接地线束；若正常，则继续进行下面步骤。

（4）更换车载充电机。更换车载充电机后，接通开关电源，确认功能是否正常。

2.车载充电机通信故障的检修

常见车载充电机通信故障代码见表4-8所列。

（1）用诊断仪访问车载充电机，查看是否有DTC，有则根据表4-7所列DTC提示进行检测维修。

（2）检查充电机低压电源故障，对蓄电瓶电压、EF27保险、充电机供电线束、接地线束进行检查，