電動汽車交流充電系統在新能源汽車技術專業中研究

黃銳鋒

菏澤職業學院 山東省菏澤市 274000

近年來，隨著社會環保意識的增強和能源問題的困擾，新能源汽車漸漸步入了人們的視野，已成為未來汽車發展的主流方向。我國對于新能源汽車發展的支持力度非常大。2019 年以來，為適應產業發展新形勢，搶抓新機遇，工業和信息化部牽頭，會同發展改革委等12 個部門研究編制了《新能源汽車產業發展規劃（2021-2035年）》。《規劃》指出，要以習近平新時代中國特色社會主義思想為指引，堅持新發展理念，以深化供給側結構性改革為主線，堅持電動化、網聯化、智能化發展方向，以融合創新為重點，突破關鍵核心技術，推動我國新能源汽車產業高質量可持續發展，加快建設汽車強國。

隨著電動汽車技術的日益成熟，國家開始投入大量的人力物力對電動汽車基礎充電設施進行建設。2022 年1 月21 日，國家發展改革委等10 個部門發布《關于進一步提升電動汽車充電基礎設施服務保障能力的實施意見》提出，到“十四五”末，我國電動汽車充電保障能力進一步提升，形成適度超前、布局均衡、智能高效的充電基礎設施體系，能夠滿足超過2000 萬輛電動汽車充電需求。在此背景下，本文基于新能源汽車技術專業對電動汽車交流充電設施進行研究具有很好的社會意義。

1 交流充電系統介紹

汽車充電系統包括交流充電系統和直流充電系統兩類。交流充電是指用電網220V 交流電通過交流充電設備連接車輛給車輛充電，因用交流電給車輛充電所用時間較長，故又稱慢充。

1.1 交流充電系統的結構組成

交流充電系統主要是由交流充電樁、高壓線束、交流充電口、車載充電機、高壓配電箱、動力電池包、電池管理系統等部件組成。

圖1 交流充電樁

車載充電機由交流輸入接口、功率單元、控制單元、直流輸出接口等部分組成。車載充電機固定安裝在電動汽車上，工作時將充電樁傳遞過來的交流電轉換成直流電供給動力電池，并通過高速CAN 網絡與電池BMS進行通信，判斷電池連接狀態是否正確，獲得動力電池實時參數、及充電前和充電過程中整組和單體電池的實時數據。

1.2 交流充電接口的針腳含義

電動汽車充電時，需將交流充電樁充電槍與電動汽車交流充電接口進行連接。按照目前最新實施的標準GB/T18487.1—2015《電動汽車傳導充電系統 第1 部分∶通用要求》規定，只有充電模式2、模式3 適用于交流充電。充電模式3 充電樁車側的交流充電口與充電模式2 相同。

圖2 交流充電槍端子

CC 端子：充電槍連接確認端子。CC 端子信號正常，就說明充電槍和車上的交流充電口連接沒有問題，可以正常充電。可以通過對連接電路（接地）的檢查來確定CC 能否接通，如果檢查到接地即認為CC 已接通。

CP 端子:充電控制導引端子。該端子信號主要用于監控電動汽車和交流充電樁交互的功能。充電槍接入汽車前，CP 信號為12V 高電平。充電槍接入汽車后由于車載充電機中分壓電阻的存在，CP 信號會跳變為9V；充電樁MCU 檢測到CP 信號跳變為9V后，切換高電平輸出為PWM 輸出；PWM占空比表示充電樁最大輸出電流；汽車確認充電信號，將切換車載充電機中分壓電阻，使其信號跳變為6V；充電樁MCU 檢測到CP 信號跳變為6V 后，主繼電器合閘，開始為汽車充電。

L 端子：交流電源端子。CC 信號與CP信號正常以后，交流充電樁通過L 端子向電動汽車供交流電。

PE 端子：接地保護端子。N 端子：中線端子（零線）。

L1,L2 端子：備用端子。現在絕大多數是單相交流樁，三相交流輸入只有一相。

目前，技術對調查的影響力還停留在第一現代性階段，即技術之于調查工作更多體現為嵌入性而非控制性。調查人員對于技術的依賴性尚未達到諸如智能手機對人的控制程度。在多數時候，由于技術運用的諸多阻礙，調查人員并未真正和技術進行親密接觸，依然保持著技術的意識理性。但從長遠來看，在完成技術嵌入后，不可避免地將進入自反性階段。這就推導出一個不得不面對的圖景：科技自反性該如何克服？在自反性現代階段，不是人控制技術，而是人受技術的束縛與支配。人一刻也不能離開技術，否則思維就要重置。可以想象的場景是，當調查人員的思維起點已然不是集體決策而是如何通過技術獲取信息時，自反性就已經形成。

2 交流充電系統充電準備過程

2.1 充電連接

電動車輛用戶打開慢充充電口蓋，按下充電槍機械開關S3，將充電槍插入交流充電口。當車輛控制裝置檢測到CC 點電阻阻值為RC+R4 時，確認為充電槍半連接；當車輛控制裝置檢測到CC 點電阻阻值為R4 時，確認為充電槍連接。

充電槍接入汽車后，如果交流充電樁無故障，且確認充電槍已連接，由于車載充電機中分壓電阻的存在，充電樁MCU 檢測到CP 信號從12V 跳變為9V 后，則開關S1 從12V 連接觸點切換至PWM 連接觸點，供電控制裝置發出PWM 脈沖電壓信號。PWM 占空比表示充電樁最大輸出電流。車輛OBC 檢測到CP 信號后會被喚醒，OBC 進而喚醒車輛其他控制器，準備交流充電。

2.2 車輛端準備

車輛端各控制器喚醒后首先進行自檢，確認無故障后，會進行控制器間的狀態確認。OBC 會將充電樁端的CP 信號轉換成可用充電功率信號發給整車控制器（VCU）。電池控制器（BMS）檢查電池的狀態，發送電池的SOC、是否允許充電、電池的充電電流限值、電池的充電電壓限值等信號給VCU。確認各控制器的信息后，VCU 控制各控制器執行上高壓電的動作，使能高壓低壓轉換裝置DCDC。完成后確認系統充電條件具備的話，發送充電使能信號給OBC。OBC 收到充電使能信號以后，CC/CP 電路閉合S2。

2.3 充電裝置端準備

S2 閉合后，車輛端的R2 和R3 并聯，再和交流樁里面的R1 串聯，通過12V 分壓，CP端子的PWM 電平由9V 變成6V。交流樁收到“6V”PWM 信號閉合K1 和K2。通俗地說，這時候電網開始給交流樁供電。充電過程中，CC/CP 電路實時檢測CP 占空比是否正常。

3 交流充電系統常見故障分析

純電動汽車在慢充過程中，交流充電樁與車輛不能正常物理連接故障和交流充電樁與車輛已連接卻不充電故障比較常見。下面我們用交流充電控制導引電路原理圖（見圖3）來對這兩種故障進行分析。

圖3 交流充電控制導引電路原理圖

圖4 電動汽車交流充電流程圖

（1）插入慢充槍后，儀表顯示充電槍未與車輛連接

故障分析：可能是交流充電樁側充電槍CC 端子無信號，導致充電槍無法與車輛建立正常連接。

故障檢修方法：充電槍機械開關未按下時，用萬用表歐姆檔選擇合適的量程，測量充電槍接口CC 端子與PE 端子之間的電阻，此時應為RC 電阻，正常值應為220Ω，若為無窮大，說明CC 與PE 之間出現斷線，若阻值小于0.6Ω，說明出現短路。

充電槍機械開關按下時，用萬用表歐姆檔選擇合適的量程，測量充電槍接口CC 端子與PE 端子之間的電阻，此時應為RC+R4電阻，正常值應為3.5KΩ，若為無窮大，說明CC 與PE 之間出現斷線，若阻值小于0.6Ω，說明出現短路。

故障排除方法：查找斷路或短路線路，更換相應線路或者充電槍總成。

表1 CC 端子故障診斷參數

（2）插入慢充槍，儀表顯示充電槍與車輛連接，車輛無法充電。

故障分析：可能是交流充電樁側充電槍CP 端子無信號，導致交流充電樁無法正常與車輛實現握手，也就是信息交互。

故障檢修方法：用萬用表檢測充電槍CC端子與PE 端子之間電壓，應為12V，若電壓值正常，則利用示波器讀取車輛充電時，CP 端子對外輸出PWM 信號電壓波形，正常PWM 信號波形圖如圖5。

圖5 CP 信號波形

圖6 EV450 充電系統原理圖

充電槍正常連接后，R1 電阻接入電路，充電樁MCU 檢測到CP 信號從12 V 跳變為9V，然后開關S1 從12V 連接觸點切換至PWM 連接觸點，供電控制裝置發出9V 脈沖電壓信號（PWM 信號）。OBC 收到充電使能信號以后，CC/CP 電路閉合S2，CP端子的PWM 電平由9V 變成6V。若發現實測CP 信號波形異常，則可能是車輛OBC故障、動力電池BMS 系統故障等，需要進一步檢測故障。

4 交流充電系統故障案例

案例介紹：一輛吉利帝豪EV450 轎車，電池電量不足，連接充電設備至外部交流插座，按壓充電槍鎖止開關，連接至車輛慢充接口，釋放充電槍鎖止開關，充電設備電源指示燈正常，此時充電槍鎖無動作，充電槍無法鎖止。觀察儀表上充電指示燈、充電連接指示燈均不亮。打開一鍵啟動開關，動力蓄電池SOC 顯示條不閃動，同時充電器上充電狀態指示燈閃爍，顯示“未連接”信息，車輛無法充電。車輛行駛正常，儀表板未提示相關故障信息。

故障原因：充電連接確認（CC）信號故障

故障機理分析：CC 信號存在故障，將造成車載充電機OBC 沒有接收到充電連接信號CC，從而無法確認充電槍連接狀態，因此無法完成充電引導程序，造成車載充電機OBC無法啟動，車輛無法充電。