新能源汽车动力蓄电池与驱动电机系统结构原理与检修学习单元学习单元2.4 2.4 充电系统结构原理与检修充电系统结构原理与检修 【情境导入】修理工在某新能源汽车4S店工作，一天接了一辆纯电动汽车，经过询问以及客户反映，该车无法慢充充电。经过修理工检查，初步判断为慢充系统充电枪故障，你正确检修充电系统故障吗?【学习导航】新能源汽车的充电过程相当于我们给传统能源汽车进行加油。但是，新能源汽车的充电系统相对于传统能源汽车的燃油加注系统，无论在结构上还是使用过程都有着天壤之别。新能源汽车的充电系统是整车高压系统的主要部分，由慢充系统、快充系统组成。其高压部件结构及其工作原理、慢充系统组成及其控制原理、快充系统组成及其控制原理是本课程需要讲述的内容。学习情境2 新能源汽车充电系统结构原理与检修 学习单元学习单元2.4 2.4 充电系统结构原理与检修充电系统结构原理与检修1.应知慢充系统的组成及控制原理。2.应知快充系统的组成及控制原理。3.能够按照标准步骤进行慢充和快充充电。4.能够正确检测慢充系统和快充系统。5.能够养成严谨细致、专注负责的工作态度。学习目标学习目标学习情境2 新能源汽车充电系统结构原理与检修 2.4.1 慢充系统 纯电动汽车充电可分为快充电和慢充电，慢充是纯电动汽车补充电能最常见的方式，慢充桩将外部的220V交流电通过车载充电机转化成高压直流电并充入动力蓄电池，又称为交流充电。慢充电的特点是充电电流小，充电时间较长。一、慢充系统组成一、慢充系统组成 纯电动汽车慢充系统外部设备由充电设备即慢充桩和充电枪组成，如图2-4-1所示。车上设备由车载充电机、DC/DC变换器、高压控制盒、动力蓄电池、VCU、慢充口、慢充线束等部件组成，如图2-4-2所示。通过车载充电机将220V交流电转换为车辆充电所需的高压直流电，通过高压控制盒将高压直流电输送给动力蓄电池。在充电过程中，车载充电机、BMS、VCU、慢充桩等部件通过CAN总线进行信息交换。图2-4-1 慢充桩和充电枪 图2-4-2 车上的慢充设备2.4.1 慢充系统 慢充口一般位于车身左后侧传统燃油箱加注口位置。北汽新能源EV200车型慢充口位置就设置在车身左后侧传统燃油箱加注口位置；车载充电机、DC/DC变换器、高压控制盒位于车辆前机舱，动力蓄电池位于车辆底部。所有高压电力传输线束的高压线束都是橙色的，通信及控制线束用低压线束。二、慢充系统部件二、慢充系统部件 1、慢充桩 慢充充电桩相当于一个交流电电源，充电枪输出的仍然是正常220V交流电。2、慢充电枪 慢充充电枪有多种形式，图2-4-3所示为纯电动汽车随车充电枪，由交流插头、控制盒、电缆和充电枪组成。还有两头都是充电枪（如图2-4-1所示）和充电桩自带充电枪（如图2-4-4所示）的类型。图2-4-4 自带充电枪的慢充桩图2-4-3 电动汽车随车充电枪 2.4.1 慢充系统 3、慢充口及慢充线束 慢充口及针脚如图2-4-5所示。图中接口L和N对应线束上1脚和2脚，是外部输入的交流电的相线和零线。PE为接地线，车身接地通过PE线与外部电源的接地相连。CP为充电控制确认线，充电桩通过CP信号确认充电枪与车辆的连接状况并通过CP线接收来自车辆的充电请求信号。CC线为充电连接确认线，车辆通过检测CC线的RC电阻值来确定充电枪能承受的充电电流限制大小。最下面两脚为预留针脚。慢充线束如图2-4-6所示，该线束一端与慢充口连接在一起，另一端与车载充电机交流输入端相连接。图中针脚定义为：1脚为交流电源相线L；2脚为交流电源零线N；3脚为车身接地PE；4脚为空脚；5脚为充电连接确认CC；6脚为充电控制确认线CP。图2-4-5 慢充口及针脚 图2-4-6 慢充线束2.4.1 慢充系统 4、车载充电机及其线束端子 慢充线束一端连接到车载充电机的交流输入端，然后通过车载充电机进行滤波整流、斩波变为高频交流电，通过升压后再整流成为动力蓄电池所需的高压直流电，通过车载充电机的直流输出端输出。车载充电机的交流输入端和直流输出端内容在学习单元2.3中已经讲述。5、高压线束总成高压线束总成即高压附件线束，如图2-4-7所示。主要指高压控制盒连接到车载充电机线束插件、DC/DC变换器线束插件、空调压缩机线束插件、空调PTC线束插件。图2-4-7 高压线束总成2.4.1 慢充系统 高压线束总成接高压控制盒插件共有11个针脚，如图2-4-8所示。图中各针脚定义为：A脚为DC/DC变换器电源正极；B脚为PTC电源正极；C脚为压缩机电源正极；D脚为PTC-A组负极；E脚为车载充电机直流输出正极；F脚为车载充电机直流输出负极；G脚为DC/DC变换器电源负极；H脚为压缩机电源负极；J脚为PTC-B组负极；L脚为高压互锁端子；K脚为空脚。连接到车载充电机直流输出端插件有4个针脚，如图2-4-9所示。图中针脚定义为：A脚为电源负极；B脚为电源正极；中间两个针脚为高压互锁端子。图2-4-9 高压线束总成接车载充电机端 图2-4-8 高压线束总成接高压控制盒端插件2.4.1 慢充系统 6、动力蓄电池高压电缆 动力蓄电池高压电缆如图2-4-10所示，是连接高压控制盒到动力蓄电池之间的高压电缆。图中左侧插件连接到高压控制盒端，A脚为电源负极；B脚为电源正极；C、D脚为高压互锁端子。右侧插件连接到动力蓄电池端，1脚为电源负极；2脚为电源正极；中间两个针脚为高压互锁端子。图2-4-10 动力蓄电池高压电缆2.4.1 慢充系统 三、慢充系统充电控制策略三、慢充系统充电控制策略 慢充系统充电控制引导电路图，如图2-4-11所示。该引导电路图中，供电控制装置安装在慢充桩内。车辆控制装置有些纯电动车集成在车载充电机内或是集成在VCU中。电阻RC、R4和开关S3安装在车端的慢充电枪内，如图2-4-12所示。图2-4-11 慢充系统控制引导电路图 图2-4-12 车端慢充枪内的开关2.4.1 慢充系统 慢充控制过程如下：1、充电桩与充电枪连接确认 检测点4信号 2、慢充口与充电枪连接确认 检测点3与PE 3、确认充电连接装置完全连接 通过图2-4-11所示，开关S1与供电控制装置12V电源端连接。充电枪两端均都与充电桩和充电口连接完成，则接通从供电控制装置到车身接地电路，电路为供电控制装置12V开关S1R1二极管D1R3接地。此时检测点1检测到电压约为9V，充电桩确认充电连接装置完全连接。然后车辆控制装置将开关S1由12V常电端转换到PWM端连接。PWM端发出12V的占空比电压信号，当车辆控制装置检测到检测点2有9V占空比信号时，车辆控制装置确认充电连接完成。4、车辆充电准备就绪 5、慢充桩充电准备就绪 6、充电开始 7、充电过程检测 8、充电结束2.4.2 快充充电系统 纯电动汽车慢充充电时间较长，一般均在8个小时以上，紧急情况下会影响日常使用，为了满足人们对纯电动汽车快速充电的期望，近年来陆续推出的快充系统倍受人们欢迎，快充系统现已经成为大部分纯电动汽车的常见配置。快充系统一般充电时间在0.51h就能完成基本充满的目标，所以快充过程中需要采用高电压、大电流、直接对动力蓄电池快速充电，为此，快充系统比慢充系统设计更要可靠，确保充电过程的高效和安全，快充又称为直流充电。一、快充系统的结构一、快充系统的结构 纯电动汽车快充系统外部设备由充电设备即快充桩和充电枪组成，如图2-4-13所示。车上设备由高压控制盒、动力蓄电池、VCU、快充口、快充线束等部件组成，如图2-4-14所示。纯电动汽车快充系统的结构相对于慢充系统更为简单，整个车载系统没有变压和其他控制设备，外部电源直接将充电所需的高压直流电通过充电接口与高压控制盒送入动力蓄电池，充电过程的通信和连接检测等由快充桩与电源管理系统等控制系统共同完成。图2-4-13 快充桩和快充枪 图2-4-14 车上快充设备2.4.2 快充充电系统 二、快充系统部件二、快充系统部件 1、快充桩 快速充电桩与慢充桩的不同在于快速充电桩代替了车载充电机的作用。由于快充充电功率大，对应的元器件体积与价格都会加大，配备在车上会造成成本大幅上升并且整车布置困难。由于快充充电时间短，设备周转率较高，目前，快充充电桩集成了充电机的作用，直接将高压直流电通过快充接口连接到车辆。2、快充枪 快充系统由于充电电流大，所以充电枪与快充口连接阻值必须要小，而且要求连接可靠，防止出现拔枪断电拉弧等现象，因此快充枪一端通过高压电缆与快充桩直接连接，与快充口连接的枪内设置电子锁，如图2-4-15所示。图2-4-15 快充枪内电子锁2.4.2 快充充电系统 3、快充口及快充线束 如图2-4-16所示为快充口结构。从图可以看出，快充口有9个针脚，其相关定义为：1脚为S-充电通信CAN-L，2脚为CC2充电连接确认，3脚为S+充电通信CAN-H，4脚为CC1充电连接确认，5脚为DC-直流电源负，6脚为DC+直流电源正，7脚为A-低压辅助电源负极，8脚为PE车身接地，9脚为A+低压辅助电源正极。快充接口中，DC+、DC-通过高压控制盒后与动力蓄电池高压正、负极母线相连，CC1为充电桩的充电连接确认信号，CC2连接VCU为快充口连接确认信号，A+、A-为12V低压辅助电源，S+、S-为快充CAN信号线。快充线束如图2-4-17所示。图2-4-16 快充口针脚 图2-4-17 快充线束2.4.2 快充充电系统三、快充系统充电控制策略三、快充系统充电控制策略1、快充系统充电控制过程快充系统充电控制引导电路图，如图2-4-18所示。图2-4-18 快充系统充电控制引导电路图2.4.2 快充充电系统 该引导电路图中的辅助电源和非车载充电机控制器集成在快充桩内。电阻R2、R3和开关S安装在快充枪内，开关S为常闭开关。电阻R4安装在车辆快充口内。车辆控制器大部分车型为VCU有些车型将其集成在电源管理系统中，可以控制开关K5、K6的通断。开关K5、K6一般安装在高压控制盒内。电阻R1、R2、R3、R4、R5的电阻值为1000。在快充操作时，一旦快充枪与车辆快充口连接后，则车辆的总体设计方案使车辆处于不可行驶状态。（1）车辆快充口连接确认 非车载充电机控制器检测检测点1的电压值。当快充枪未接入时，快充枪上的开关S处于闭合状态，检测点1的电压为6V。快充枪上的开关S被压开时该点电压为12V。接入快充枪而开关S仍断开时检测点1的电压为6V，开关S回弹闭合后，检测点1的电压为4V。此时快充桩确认充电枪完全接入车辆快充口，随即非车载充电机控制器控制K3、K4开关闭合，快充桩内的低压辅助电源开始通过K3、K4给车辆控制器进行供电。车辆控制器通过检测检测点2电压判断车辆与充电枪的连接情况。当快充枪未接入时该点电压为12V，快充枪连接完成后，该点电压变为6V。此时，车辆控制器确认快充枪与快充口连接完成。非车载充电机控制装置控制电子锁锁定充电枪使其不能从快充口处断开。2.4.2 快充充电系统 （2）非车载充电机控制器自检 车辆快充口连接完成后，非车载充电机控制器控制开关K1、K2闭合，非车载充电机控制器通过IMD（绝缘表）对桩内到高压控制盒处的DC+、DC-两根充电电缆进行对地绝缘检测。自检通过后断开K1、K2，然后通过泄放电路将DC+、DC-上的残余电释放掉。（3）充电开始 车辆端由车辆控制器控制开关K5、K6闭合，非车载充电机控制器检测到动力蓄电池电压正常后，控制开关K0、K1、K2闭合，使直流供电回路导通，开始对动力蓄电池进行充电。（4）充电过程检测 在充电过程中，车辆控制装置向非车载充电机控制装置，实时发送动力蓄电池充电需求参数。非车载充电机控制装置相应调整充电电压和充电电流，并相互发送各自的状态信息（充 电桩输出电压电流、动力蓄电池电压、电流、SOC值等）。（5）充电结束 正常条件下的充电结束分两种情况。一种是车辆达到充电结束条件，如电池已充满。另一种是充电桩达到了充电结束条件，如操作人员进行了充电结束刷卡。车辆控制装置开始周期发送电池管理系统终止充电报文，并断开开关K5和K6。非车载充电机控制器则周期发送充电机