艾 剛
(廣州市交通運(yùn)輸職業(yè)學(xué)校,廣東 廣州 510440)
比亞迪e5充電系統(tǒng)主要有交流充電口、直流充電口、高壓電控總成、動(dòng)力電池包、電池管理器組成,如圖1所示。
圖1 比亞迪e5充電系統(tǒng)組成
e5電動(dòng)汽車有兩種充電方式:直流充電和交流充電。交流充電主要是通過交流充電樁、掛壁式充電盒以及家用供電插座接入交流充電口,通過高壓電控總成將交流電轉(zhuǎn)為650V直流高壓電給動(dòng)力電池充電。直流充電主要是通過充電樁將直流高壓電直接通過直流充電口給動(dòng)力電池充電。一般經(jīng)營企業(yè)多采用直流快充方式給車輛充電,減少充電時(shí)間,提高車輛經(jīng)營效率;普通車主基于方便,常用交流慢充。車輛快充 (380V/50Hz/63A) 電流較大,對電池壽命有一定影響,而交流慢充 (220V/50Hz/32A或者220V/50Hz/16A),電流較小,可以將電池充滿,對電池傷害較小。
比亞迪e5充電接口安裝在車輛進(jìn)氣格柵處,基于車輛設(shè)計(jì)和使用方便將交、直流接口安裝在一起,比亞迪e5交流、直流充電端口位置如圖2所示。
圖2 比亞迪e5交流、直流充電端口位置
比亞迪e5交流充電口按照GB/T 20234.2-2011充電端口定義,共有7個(gè)端子,各端子定義及名稱如圖3所示。
比亞迪e5交流 (慢充)充電導(dǎo)引控制電路原理如圖4所示,從左至右分別是供電設(shè)備、供電設(shè)備接口、車輛端口和電動(dòng)汽車4部分。交流充電與直流充電相比,單相交流電通過車輛接口先進(jìn)入車載充電機(jī),然后進(jìn)行升壓處理后給電池充電。其充電過程大致分以下過程。
圖3 比亞迪e5交流充電端口定義及實(shí)物
圖4 交流 (慢充)充電導(dǎo)引控制電路原理
充電槍插入車輛接口后,供電設(shè)備端子CC由供電控制裝置監(jiān)測點(diǎn)4檢測到充電連接信號(hào),然后供電控制裝置控制S1開關(guān)由12V切換至PWM (脈寬調(diào)制信號(hào))端子。PWM信號(hào)經(jīng)充電槍接口和車輛接口CP端子送至檢測點(diǎn)2,車輛控制裝置檢測到脈沖信號(hào)后,車輛控制裝置確認(rèn)供電設(shè)備供電能力并完成充電連接確認(rèn)。
車輛控制裝置通過測定檢測點(diǎn)3 CC與PE之間的電阻RC,其中開關(guān)S3為車輛插頭內(nèi)部開關(guān),為常閉型開關(guān),其開關(guān)與機(jī)械鎖止裝置關(guān)聯(lián),當(dāng)按下充電槍機(jī)械鎖止開關(guān),S3開關(guān)會(huì)斷開。通過檢測RC電阻,正常值為680Ω,確認(rèn)正常后,完成充電喚醒過程。
充電槍完好插入充電接口,充電連接正常并完成充電喚醒后,供電控制裝置通過檢測1點(diǎn)脈沖電壓,確定充電功率,接通電源K1、K2開關(guān),傳導(dǎo)線分別與車輛充電接口L端子和N端子連接,BMS電池管理系統(tǒng)控制模塊控制車輛低壓IG3繼電器吸合給相關(guān)部件提供電源,BMS得電后執(zhí)行充電程序并拉低儀表充電指示燈信號(hào),綠色充電指示燈點(diǎn)亮,并在顯示屏顯示充電信息 (SOC值、充電電壓、充電電流、剩余充電時(shí)間等)。
在充電過程中,供電控制裝置和車輛控制裝置周期性監(jiān)測各個(gè)檢測點(diǎn)信號(hào)。車輛控制裝置通過監(jiān)測檢測點(diǎn)2脈沖電壓信號(hào),調(diào)節(jié)車載充電機(jī)輸出功率。在充電過程中,為了節(jié)省充電時(shí)間和保護(hù)電池,一般先采用恒流充電,當(dāng)電池電壓達(dá)到一定值或者達(dá)到單體電壓額定值和限定溫度時(shí),采用恒壓充電,以較小電流對電池充電直至充滿。在充電過程中,BMC電池管理控制器周期性監(jiān)測13個(gè)電池模組中單體電池電壓、電流、溫度,防止電池過充、溫度過高,單體電池電壓不高于3.7V,電池最高溫度不超過65℃,否則限制供電功率,甚至停止充電。
當(dāng)BMC電池管理控制器檢測到充電完成,或者達(dá)到預(yù)約充電時(shí)間以及駕駛員停止充電操作,車輛控制裝置斷開S2開關(guān),同時(shí)開關(guān)S1切換至12V,S2開關(guān)斷開使供電控制斷開K1、K2,結(jié)束充電。
直流充電口按照國家標(biāo)準(zhǔn)制定有9個(gè)端口,各個(gè)端口位置定義和實(shí)物如圖5所示。
直流充電系統(tǒng)與交流充電系統(tǒng)相比,不僅增加了2個(gè)端口,而且有很大差別。DC+、DC-是經(jīng)充電樁逆變整流后的直流電源,S+、S-是充電樁與車輛電池管理控制器BMC通信端子,CC1為充電樁與車輛連接確認(rèn)信號(hào)、CC2是車輛控制器與充電樁連接確認(rèn)信號(hào),A+、A-是充電樁給電池管理控制器BMC提供工作電源,PE為車身搭鐵。直流充電系統(tǒng)工作原理如圖6所示。
圖5 比亞迪e5直流充電端口定義和實(shí)物
其中U1、U2分別是充電樁提供的工作穩(wěn)壓電源均為12V,R1、R2、R3、R4、R5是充電連接確認(rèn)檢測電阻,在工作電路中等效電阻值均為1kΩ,K1/K2、K3/K4、K5/K6為接觸器。直流充電主要分準(zhǔn)備階段、自檢階段、充電階段、充電結(jié)束4個(gè)過程。
將直流充電槍插入車輛充電口,充電樁中U1與電阻R2、機(jī)械鎖止開關(guān)、CC1、R4和車身搭鐵形成工作回路,車輛控制裝置中U2與電阻R5、CC2、R3和車身搭鐵形成電路回路,當(dāng)充電樁控制裝置檢測到檢測點(diǎn)1電壓為4V(U1=12V×0.5kΩ/(1kΩ+0.5kΩ),則確認(rèn)充電線路完全連接。
充電槍線路完全連接后,充電樁控制裝置控制接觸器K3/K4閉合,將12V低壓電通過A+、A-端子傳輸給車輛控制器。車輛控制裝置U2檢測到檢測點(diǎn)2電壓為6V (U檢測點(diǎn)2=12V×1kΩ/(1kΩ+1kΩ),然后車輛控制裝置通過S+、S-與充電樁控制裝置進(jìn)行通信,充電樁控制裝置控制接觸器K1/K2閉合,檢測充電直流母線搭鐵絕緣性,保證充電過程安全進(jìn)行。絕緣測試完成后,斷開接觸器K1/K2,自檢階段完成。
充電樁自檢階段完成后,車輛控制裝置控制接觸器K5/K6閉合,形成充電回路,充電樁檢測到車輛端電池電壓正常 (電壓與通信中描述的電池電壓誤差小于±5%),且在充電樁輸出最大、最小電壓范圍內(nèi)),控制接觸器K1/K2閉合,開始充電,在充電過程中,車輛控制裝置實(shí)時(shí)發(fā)送電池充電需求參數(shù),充電樁根據(jù)該參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整充電電壓和電流,并相互發(fā)動(dòng)各自的狀態(tài)信息 (充電模式、充電電壓、充電電流、電池溫度、當(dāng)前SOC、單體電池最高和最低電壓等信息)。
車輛根據(jù)BMC是否達(dá)到充滿狀態(tài)或者是受到充電樁發(fā)來的“充電樁中止充電報(bào)文”來判斷是否結(jié)束充電。滿足以上條件,車輛會(huì)發(fā)出“車輛中止充電報(bào)文”,在確認(rèn)充電電流小于5A后斷開K5/K6接觸器,充電樁控制器接收到“車輛中止充電報(bào)文”,在確認(rèn)充電電流小于5A后,斷開K1/K2接觸器,然后斷開接觸器K3/K4,結(jié)束充電。
比亞迪e5轎車在充電前,必須將電源置于OFF擋位,才可以正常充電,因此首先檢查車輛電源擋位,確保在OFF擋位。車輛無法充電主要有以下4個(gè)方面故障 (表1)。
4.1.1 充電槍、車輛接口CC、PE線束故障
CC信號(hào)是充電感應(yīng)信號(hào),當(dāng)充電裝置和車輛控制裝置沒有檢測到CC信號(hào),不能起動(dòng)充電,首先測量充電槍,車輛接口CC、PE電阻,是否在規(guī)定范圍。常見的是PE車身搭鐵線斷路、松脫、銹蝕。
圖6 直流充電系統(tǒng)工作原理
表1 交流無法充電故障部位
4.1.2 高壓電控總成VTOG沒有接收到CP充電控制信號(hào)
充電槍插入車輛充電接口后,高壓電控總成VTOG會(huì)通過CP接收充電感應(yīng)信號(hào)和CC充電控制信號(hào)后,VTOG發(fā)送充電連接信號(hào)到BMS和BCM,BCM控制雙路繼電器工作,雙路電喚醒BMS、組合儀表。高壓電控總成VTOG沒有接收到CP充電控制信號(hào),不會(huì)喚醒BMS,無法接通充電電路。因此,先確定充電槍、充電口無故障,用萬用表檢測高壓電控總成與充電接口電路導(dǎo)通性。充電接口與高壓電控總成部分電路圖如圖7所示。
4.1.3 電池管理系統(tǒng)BMS沒有接收到VTOG發(fā)送的充電感應(yīng)信號(hào)
高壓電控總成VTOG接收到CP充電控制信號(hào)后,BMS、BCM喚醒,接通雙路繼電器,給VTOG、BMS提供雙路電工作電源,然后BMS檢測VTOG發(fā)送的充電感應(yīng)信號(hào)CC,控制分壓接觸器、正極接觸器、負(fù)極接觸器、預(yù)充接觸器、交流接觸器工作,實(shí)現(xiàn)充電。因此需要用萬用表檢測VTOG至BMS充電感應(yīng)信號(hào)導(dǎo)通性,正常電阻小于1Ω,充電時(shí),對搭鐵電壓小于1V。部分雙路電控制電路如圖8所示。
比亞迪e5有直流快速充電功能,快充一般需要2~3h,額定電流最大可以達(dá)到63A。直流充電故障也歸納為以下4個(gè)部分,如表2所示。
圖7 充電接口和高壓電控總成部分電路圖
圖8 部分雙路電控制電路
表2 直流無法充電故障部位
4.2.1 直流充電口、充電槍故障
首先檢查直流充電口、充電槍線束是否有松脫、退針現(xiàn)象。重點(diǎn)檢查CC1、CC2充電連接端子。用萬用表檢測,直流充電端口CC1與PE端是否有1kΩ電阻,直流充電槍CC2與PE端子是否有1kΩ電阻,否則檢查線路。以上檢查正常,在充電狀態(tài)下,用萬用表電壓擋檢查車輛充電口A+、A-背端子電壓,正常為12V,否則不能控制直流充電繼電器K3-1閉合,無法提供雙路電,直流充電接觸器+、直流充電接觸器-無工作電源。部分雙路電及直流充電接觸器電路圖如圖9所示。
4.2.2 電池管理器故障
電池管理器接收來自充電槍CC2直流充電感應(yīng)信號(hào),控制電池包給四合一充電預(yù)充,然后通過S+、S-與充電樁進(jìn)行通信,將車輛電池信息 (總電壓、溫度、SOC、單體電池最高、最低電壓)與充電樁進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,確定充電是否進(jìn)行和充電程度。因此需要用萬用表檢查電池管理器插接件BMC02與充電口導(dǎo)通性,正常值參考表3。
圖9 部分雙路電及直流充電接觸器電路
表3 電池管理器BMC02與充電端口導(dǎo)通性
以上檢查均正常,檢查高壓電控總成,將電源置于OFF擋位,連接充電槍,給車輛充電。用萬用表檢查電池管理器插接件BMC02與車身搭鐵電壓、電阻情況,正常值如表4所示。
表4 電池管理器BMC02與車身搭鐵電壓、電阻標(biāo)準(zhǔn)值
以上檢查正常,斷開充電槍,拔下電池管理器插接件,將直流充電正負(fù)接觸器控制腳與車身搭鐵短接,正負(fù)接觸器應(yīng)吸合,用萬用表檢測充電口DC+與DC-電壓,正常值約為650V,通過短接直流接觸器能吸合,說明接觸器良好,故障在電池管理器,應(yīng)進(jìn)一步檢查電池管理器或更換電池管理器,如果沒有檢測到650V電壓,說明高壓電控總成有故障。
在檢修交流、直流無法充電故障時(shí),除了重點(diǎn)檢查以上關(guān)鍵信號(hào)外,熔斷絲、繼電器、接觸器、線路也是要留意的,在插入充電槍后,車輛前艙位置會(huì)有接觸器、繼電器吸合聲音,通過這些吸合聲音可以初步判斷故障大致范圍。為了快速確定故障點(diǎn),常常需要借助專用診斷儀VDS1000或VDS2000,掃描整車模塊,部分模塊數(shù)據(jù)流,讀取VTOG_DSP2、VTOG_充電、BSM等雙路電模塊,重點(diǎn)關(guān)注“充電連接裝置連接狀態(tài)”、“充電感應(yīng)信號(hào)-交流”、“充電感應(yīng)信號(hào)-直流”、“充電接觸器狀態(tài)”、“與電池管理系統(tǒng)通信狀態(tài)”、“充電S2開關(guān)吸合標(biāo)志”等與充電相關(guān)聯(lián)信號(hào),快速確定故障范圍,提高故障排除效率。