商用電動(dòng)汽車快充系統(tǒng)故障診斷和排除

吳津宇 閆云敬

摘要：眾所周知，動(dòng)力電池是商用電動(dòng)汽車的動(dòng)力源所在，車載充電系統(tǒng)為電動(dòng)汽車提供了重要的能源供給，為車輛的續(xù)航能力提供了重要保障。如果商用電動(dòng)汽車快充系統(tǒng)出現(xiàn)故障，不僅會(huì)導(dǎo)致商用電動(dòng)汽車無法正常充電，而且對(duì)其正常運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生影響。本文主要就商用電動(dòng)汽車快充系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行探討，同時(shí)分析在無專業(yè)診斷儀情況下如何對(duì)商用電動(dòng)汽車快充系統(tǒng)故障進(jìn)行診斷和排除。

關(guān)鍵詞：商用電動(dòng)汽車;快充系統(tǒng);故障診斷

中圖分類號(hào)：U491.8;TM910.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）01-0120-02

0? 引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，環(huán)境問題得到了前所未有的關(guān)注，其中倍受關(guān)注的就是汽車尾氣排放。因此我國大力發(fā)展純電新能源車，在這期間不單單是乘用車純電動(dòng)汽車得到了井噴式的發(fā)展，商用電動(dòng)車已加入了飛速發(fā)展的軌道上來。商用電動(dòng)車同樣具備乘用電動(dòng)車的無排放污染、噪音小、百公里能耗成本低的優(yōu)點(diǎn)。商用電動(dòng)汽車同樣依托車載高壓電池包獲得動(dòng)力的，并借助電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪實(shí)現(xiàn)正常行駛。將純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，其出現(xiàn)故障的原因具有一定的復(fù)雜性，這也決定了在故障排除時(shí)難度較大。因此，本文主要圍繞此方面展開研究與分析，并對(duì)其診斷及檢修方法進(jìn)行了總結(jié)[1]。

1? 直流快充電系統(tǒng)和交流快充電系統(tǒng)的區(qū)別

直流快充充電系統(tǒng)主要是借助充電站的充電樁，實(shí)現(xiàn)了直流高壓電向動(dòng)力電池的流動(dòng)，并完成充電。然而此方式受到充電樁的限制，且能夠?qū)㈦妱?dòng)汽車電量恢復(fù)到80%左右，但是對(duì)動(dòng)力電池具有較強(qiáng)的損害這一特征不容忽視。

交流慢充電系統(tǒng)通過小型車載交流充電器和車輛充電口的連接，實(shí)現(xiàn)了以往220V獲380V交流電轉(zhuǎn)換成直流電，以此完成充電。此方式打破了直流充電系統(tǒng)無法充滿電的弊端，同時(shí)還能降低因快速充電給電池包造成的損害，因此，在時(shí)間充裕的情形下，交流充電系統(tǒng)是首選方式。

但對(duì)于商用純電車來說需要鋰電池組容量巨大，支撐商用車在載重著幾噸重甚至幾十噸重的重物橫跨好幾個(gè)省市里程上千公里，鋰電池組容量巨大那么商用車往往使用快速充電這種模式來解決電池組充電的問題。本文主要以純點(diǎn)商用車高壓直流充電系統(tǒng)的組成控制原理及其故障排除方法進(jìn)行分析研究。

2? 直流充電系統(tǒng)的組成及控制原理。

直流充電系統(tǒng)主要由直流高壓充電樁、充電插座、VCU整車控制器、PDU高壓配電盒、BMS電池管理模塊、高壓電池組、主負(fù)繼電器和主正繼電器組成。

VCU是整車控制的核心部件，商用車整車控制器（VCU）主要用于車輛動(dòng)力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與控制，從整車的角度進(jìn)行扭矩和轉(zhuǎn)速的控制，有效改善駕駛員感受，降低油耗和排放，控制相當(dāng)于傳統(tǒng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU。

PDU高壓配電盒作為整車動(dòng)力電源配電的裝置，傳輸額定電壓，為各高壓附件系統(tǒng)配置電源回路。

BMS電池管理模塊一方面檢測(cè)收集高壓電池實(shí)時(shí)狀態(tài)，并根據(jù)檢測(cè)裝填控制供電回路的通斷;另一方面，將采集的關(guān)鍵數(shù)據(jù)上報(bào)給PDU整車控制器，并通過CAN先接收和發(fā)送相關(guān)指令和其他系統(tǒng)協(xié)同工作，BMS往往安裝在高壓電池殼體當(dāng)中。

主負(fù)繼電器是在充電時(shí)控制高壓電池包負(fù)極和充電插頭負(fù)極通斷。

主正繼電器是在充電時(shí)控制高壓電池包正極和充電插頭正極通斷。

直流充電系統(tǒng)連接方式如圖1所示。

依據(jù)圖1所示其控制原理為：當(dāng)高壓直流充電柱的充電槍接入車輛充電插頭時(shí)CC1和CC2將喚醒VCU整車控制器，VCU辨別CC1和CC2信號(hào)是否為有效信號(hào)，若信號(hào)為有效VCU、BMS電池管理模塊和PDU高壓配電器將通過CAN線相互傳遞BMS和PDU的高壓互鎖信號(hào)，同時(shí)BMS通過電車溫度傳感器監(jiān)測(cè)高壓電池包溫度，在高壓互鎖和高壓電池包溫度信號(hào)正常的情況下，VCU和BMS將閉合主負(fù)繼電器，此時(shí)高壓電池包的負(fù)極將通過主負(fù)繼電器與充電插頭HV-接通，在主負(fù)繼電器接通正常的情況下，VCU繼續(xù)控制主正繼電器閉合，此時(shí)高壓電池包的正極將通過主正繼電器、高壓充電保險(xiǎn)與充電插頭HV+接通，高壓直流充電回路由此形成，開始正式進(jìn)行快速充電。最后，結(jié)束階段，動(dòng)力電池充電狀態(tài)由BSM進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦充電完成或受駕駛員終止充電指令予以確認(rèn)后，VCU先控制主正繼電器斷開，隨后VCU和BMS控制主負(fù)繼電器將斷開，兩個(gè)繼電器的斷開將高壓直流充電回路切斷。

3? 商用純電汽車快充充電系統(tǒng)診斷及排除方法

依據(jù)圖1在沒有專用診斷儀的情況下，我們將做以下診斷排故步驟：

同時(shí)下列診斷排故步驟中個(gè)別診斷排故步驟將涉及到高壓系統(tǒng)，在測(cè)量高壓系統(tǒng)或斷開高壓系統(tǒng)插頭時(shí)請(qǐng)務(wù)必做好防護(hù)工作，如在地面鋪置絕緣膠，檢查和穿戴絕緣防護(hù)用品，設(shè)置安全監(jiān)督員等等維修純電動(dòng)車所需要做好的防護(hù)工作。

①確保直流高壓充電樁自身沒有故障，輸出直流電壓為750V以上，輸出電流70A左右。

②檢查VCU和BMS高壓互鎖是否松動(dòng)或高壓互鎖是否損壞。

③測(cè)量充電插座口。

1）斷電時(shí)測(cè)量S+和S-（此為分別CAN-H和CAN-L）之間電阻為120歐姆，若不為120歐姆需檢查S+和S- CAN總線;2）CC1與PE電阻為1000歐姆以上，若低于此數(shù)值說明之間有短路現(xiàn)象;3）CC2與PE電阻為15000歐姆以上，若低于此數(shù)值說明之間有短路現(xiàn)象。

④測(cè)量PDU高壓配電盒中直流快充相關(guān)原件及電路。

1）拆開PDU上端蓋，檢查PDU高壓配電盒中的快充保險(xiǎn)絲是否損壞，此時(shí)應(yīng)斷開高壓互鎖10分鐘后，斷開高壓電池包插頭，用萬用表電阻檔檢查PDU中若快充保險(xiǎn)絲是否正常，如小于1歐姆說明保險(xiǎn)絲損壞。2）測(cè)量PDU中主正繼電器線圈電阻是否正常。檢查PDU的10號(hào)和2號(hào)針腳是否有20-150歐電阻，之后將10和2號(hào)針腳接通24V電源，測(cè)量5號(hào)和8號(hào)針腳時(shí)是否小于1歐若未達(dá)到以上測(cè)量數(shù)據(jù)說明主正繼電器損壞。3）測(cè)量主正繼電器供電以及控制線情況，測(cè)量PDU的10號(hào)線是否有24V電壓和2號(hào)線至VCU是否導(dǎo)通。若不正常應(yīng)分別檢查此供電情況和2號(hào)線導(dǎo)通情況。

⑤檢查主負(fù)繼電器及控制電路。

1）檢查主負(fù)繼電器線圈電阻和觸電是否正常，若異常應(yīng)更換主負(fù)繼電器。2）檢查主負(fù)繼電器控制電路，測(cè)量VCU的9號(hào)線是否輸出24V電壓和BMS控制線是否導(dǎo)通。若不正常應(yīng)分別檢查VCU供電情況和BMS控制線導(dǎo)通情況。

⑥若以上情況都為正常則應(yīng)檢查VCU和BMS上電情況。

1）VCU上電檢測(cè)，用萬用表測(cè)量VCU電源供電線與VCU搭鐵線之間的電壓，測(cè)得24V電壓說明正常，若電壓異常，則故障原因可能為蓄電池電壓過低、VCU電源保險(xiǎn)絲熔斷、VCU常電電源斷路或VCU搭鐵不良（大家可根據(jù)現(xiàn)象進(jìn)一步進(jìn)行檢測(cè)判斷）。2）BMS上電檢測(cè)，用萬用表測(cè)量BMS電源供電線與BMS搭鐵線之間的電壓，應(yīng)測(cè)得24V，若電壓異常，則故障原因可能為蓄電池電壓過低、BMS電源保險(xiǎn)絲熔斷、BMS線常電電源斷路或VCU搭鐵不良（大家可根據(jù)現(xiàn)象進(jìn)一步進(jìn)行檢測(cè)判斷）。⑦逐個(gè)檢查高壓電池包溫度傳感器電阻值是否在正常值范圍內(nèi)，若超出范圍應(yīng)進(jìn)行更換。范圍值如表1。

4? 快充充電系統(tǒng)診斷前安全注意事項(xiàng)

由于新能源純電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人體安全電壓范圍，所以在進(jìn)行檢修高壓系統(tǒng)前，必須做好安全防護(hù)，并按要求進(jìn)行操作，否則一旦發(fā)生事故，將對(duì)人身和財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失。在對(duì)快充充電系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)前，必須做好以下準(zhǔn)備工作：

①必須把車輛開到維修站離出口最近的工位，該工位地面必須布滿絕緣墊，通風(fēng)要好;

②周圍必須布置好隔離欄，防止其他人員進(jìn)入;

③必須在醒目的位置放好警示牌（正在維修請(qǐng)勿靠近，高壓危險(xiǎn)等）;

④檢查新能源純電動(dòng)車輛專用工具：絕緣工具、萬用表、絕緣表、絕緣手套、警示標(biāo)牌、安全帽、護(hù)目鏡、驗(yàn)電器等是否齊全;

⑤按要求檢查安全帽、絕緣鞋、護(hù)目鏡、絕緣服、絕緣手套是否有破損，若無破損，并穿戴好;

⑥檢查萬用表、絕緣表、驗(yàn)電器工作是否正常。

5? 結(jié)束語

綜上所述，本文主要將商用電動(dòng)汽車快充系統(tǒng)構(gòu)成及原理作為了切入點(diǎn)進(jìn)行了分析，之后闡述了直流快充電系統(tǒng)和交流慢充電系統(tǒng)的區(qū)別，最后講解了商用純電汽車快充充電系統(tǒng)診斷及排除方法。商用電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)會(huì)對(duì)車輛性能產(chǎn)生直接影響，因此，了解和掌握充電系統(tǒng)故障診斷及檢修方法對(duì)維護(hù)車輛性能、保證其穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

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