比亚迪e5充电系统工作过程及常见故障检修

艾 刚

（广州市交通运输职业学校，广东 广州 510440）

1 充电系统

比亚迪e5充电系统主要有交流充电口、直流充电口、高压电控总成、动力电池包、电池管理器组成，如图1所示。

图1 比亚迪e5充电系统组成

e5电动汽车有两种充电方式：直流充电和交流充电。交流充电主要是通过交流充电桩、挂壁式充电盒以及家用供电插座接入交流充电口，通过高压电控总成将交流电转为650V直流高压电给动力电池充电。直流充电主要是通过充电桩将直流高压电直接通过直流充电口给动力电池充电。一般经营企业多采用直流快充方式给车辆充电，减少充电时间，提高车辆经营效率；普通车主基于方便，常用交流慢充。车辆快充 （380V／50Hz／63A） 电流较大，对电池寿命有一定影响，而交流慢充 （220V／50Hz／32A或者220V／50Hz／16A），电流较小，可以将电池充满，对电池伤害较小。

2 交流充电系统工作过程

比亚迪e5充电接口安装在车辆进气格栅处，基于车辆设计和使用方便将交、直流接口安装在一起，比亚迪e5交流、直流充电端口位置如图2所示。

图2 比亚迪e5交流、直流充电端口位置

比亚迪e5交流充电口按照GB／T 20234.2-2011充电端口定义，共有7个端子，各端子定义及名称如图3所示。

比亚迪e5交流 （慢充）充电导引控制电路原理如图4所示，从左至右分别是供电设备、供电设备接口、车辆端口和电动汽车4部分。交流充电与直流充电相比，单相交流电通过车辆接口先进入车载充电机，然后进行升压处理后给电池充电。其充电过程大致分以下过程。

图3 比亚迪e5交流充电端口定义及实物

图4 交流 （慢充）充电导引控制电路原理

2.1 充电连接确认

充电枪插入车辆接口后，供电设备端子CC由供电控制装置监测点4检测到充电连接信号，然后供电控制装置控制S1开关由12V切换至PWM （脉宽调制信号）端子。PWM信号经充电枪接口和车辆接口CP端子送至检测点2，车辆控制装置检测到脉冲信号后，车辆控制装置确认供电设备供电能力并完成充电连接确认。

2.2 充电唤醒

车辆控制装置通过测定检测点3 CC与PE之间的电阻RC，其中开关S3为车辆插头内部开关，为常闭型开关，其开关与机械锁止装置关联，当按下充电枪机械锁止开关，S3开关会断开。通过检测RC电阻，正常值为680Ω，确认正常后，完成充电唤醒过程。

2.3 供电设备给车辆充电

充电枪完好插入充电接口，充电连接正常并完成充电唤醒后，供电控制装置通过检测1点脉冲电压，确定充电功率，接通电源K1、K2开关，传导线分别与车辆充电接口L端子和N端子连接，BMS电池管理系统控制模块控制车辆低压IG3继电器吸合给相关部件提供电源，BMS得电后执行充电程序并拉低仪表充电指示灯信号，绿色充电指示灯点亮，并在显示屏显示充电信息 （SOC值、充电电压、充电电流、剩余充电时间等）。

2.4 充电过程中

在充电过程中，供电控制装置和车辆控制装置周期性监测各个检测点信号。车辆控制装置通过监测检测点2脉冲电压信号，调节车载充电机输出功率。在充电过程中，为了节省充电时间和保护电池，一般先采用恒流充电，当电池电压达到一定值或者达到单体电压额定值和限定温度时，采用恒压充电，以较小电流对电池充电直至充满。在充电过程中，BMC电池管理控制器周期性监测13个电池模组中单体电池电压、电流、温度，防止电池过充、温度过高，单体电池电压不高于3.7V，电池最高温度不超过65℃，否则限制供电功率，甚至停止充电。

2.5 充电结束

当BMC电池管理控制器检测到充电完成，或者达到预约充电时间以及驾驶员停止充电操作，车辆控制装置断开S2开关，同时开关S1切换至12V，S2开关断开使供电控制断开K1、K2，结束充电。

3 直流充电工作过程

直流充电口按照国家标准制定有9个端口，各个端口位置定义和实物如图5所示。

直流充电系统与交流充电系统相比，不仅增加了2个端口，而且有很大差别。DC+、DC-是经充电桩逆变整流后的直流电源，S+、S-是充电桩与车辆电池管理控制器BMC通信端子，CC1为充电桩与车辆连接确认信号、CC2是车辆控制器与充电桩连接确认信号，A+、A-是充电桩给电池管理控制器BMC提供工作电源，PE为车身搭铁。直流充电系统工作原理如图6所示。

图5 比亚迪e5直流充电端口定义和实物

其中U1、U2分别是充电桩提供的工作稳压电源均为12V，R1、R2、R3、R4、R5是充电连接确认检测电阻，在工作电路中等效电阻值均为1kΩ，K1／K2、K3／K4、K5／K6为接触器。直流充电主要分准备阶段、自检阶段、充电阶段、充电结束4个过程。

3.1 准备阶段

将直流充电枪插入车辆充电口，充电桩中U1与电阻R2、机械锁止开关、CC1、R4和车身搭铁形成工作回路，车辆控制装置中U2与电阻R5、CC2、R3和车身搭铁形成电路回路，当充电桩控制装置检测到检测点1电压为4V（U1=12V×0.5kΩ／（1kΩ+0.5kΩ），则确认充电线路完全连接。

3.2 自检阶段

充电枪线路完全连接后，充电桩控制装置控制接触器K3／K4闭合，将12V低压电通过A+、A-端子传输给车辆控制器。车辆控制装置U2检测到检测点2电压为6V （U检测点2=12V×1kΩ／（1kΩ+1kΩ），然后车辆控制装置通过S+、S-与充电桩控制装置进行通信，充电桩控制装置控制接触器K1／K2闭合，检测充电直流母线搭铁绝缘性，保证充电过程安全进行。绝缘测试完成后，断开接触器K1／K2，自检阶段完成。

3.3 充电阶段

充电桩自检阶段完成后，车辆控制装置控制接触器K5／K6闭合，形成充电回路，充电桩检测到车辆端电池电压正常 （电压与通信中描述的电池电压误差小于±5%），且在充电桩输出最大、最小电压范围内），控制接触器K1／K2闭合，开始充电，在充电过程中，车辆控制装置实时发送电池充电需求参数，充电桩根据该参数实时调整充电电压和电流，并相互发动各自的状态信息 （充电模式、充电电压、充电电流、电池温度、当前SOC、单体电池最高和最低电压等信息）。

3.4 充电结束

车辆根据BMC是否达到充满状态或者是受到充电桩发来的“充电桩中止充电报文”来判断是否结束充电。满足以上条件，车辆会发出“车辆中止充电报文”，在确认充电电流小于5A后断开K5／K6接触器，充电桩控制器接收到“车辆中止充电报文”，在确认充电电流小于5A后，断开K1／K2接触器，然后断开接触器K3／K4，结束充电。

4 比亚迪e5充电系统常见故障与诊断

4.1 交流充电常见故障与诊断

比亚迪e5轿车在充电前，必须将电源置于OFF挡位，才可以正常充电，因此首先检查车辆电源挡位，确保在OFF挡位。车辆无法充电主要有以下4个方面故障 （表1）。

4.1.1 充电枪、车辆接口CC、PE线束故障

CC信号是充电感应信号，当充电装置和车辆控制装置没有检测到CC信号，不能起动充电，首先测量充电枪，车辆接口CC、PE电阻，是否在规定范围。常见的是PE车身搭铁线断路、松脱、锈蚀。

图6 直流充电系统工作原理

表1 交流无法充电故障部位

4.1.2 高压电控总成VTOG没有接收到CP充电控制信号

充电枪插入车辆充电接口后，高压电控总成VTOG会通过CP接收充电感应信号和CC充电控制信号后，VTOG发送充电连接信号到BMS和BCM，BCM控制双路继电器工作，双路电唤醒BMS、组合仪表。高压电控总成VTOG没有接收到CP充电控制信号，不会唤醒BMS，无法接通充电电路。因此，先确定充电枪、充电口无故障，用万用表检测高压电控总成与充电接口电路导通性。充电接口与高压电控总成部分电路图如图7所示。

4.1.3 电池管理系统BMS没有接收到VTOG发送的充电感应信号

高压电控总成VTOG接收到CP充电控制信号后，BMS、BCM唤醒，接通双路继电器，给VTOG、BMS提供双路电工作电源，然后BMS检测VTOG发送的充电感应信号CC，控制分压接触器、正极接触器、负极接触器、预充接触器、交流接触器工作，实现充电。因此需要用万用表检测VTOG至BMS充电感应信号导通性，正常电阻小于1Ω，充电时，对搭铁电压小于1V。部分双路电控制电路如图8所示。

4.2 直流充电常见故障与诊断

比亚迪e5有直流快速充电功能，快充一般需要2～3h，额定电流最大可以达到63A。直流充电故障也归纳为以下4个部分，如表2所示。

图7 充电接口和高压电控总成部分电路图

图8 部分双路电控制电路

表2 直流无法充电故障部位

4.2.1 直流充电口、充电枪故障

首先检查直流充电口、充电枪线束是否有松脱、退针现象。重点检查CC1、CC2充电连接端子。用万用表检测，直流充电端口CC1与PE端是否有1kΩ电阻，直流充电枪CC2与PE端子是否有1kΩ电阻，否则检查线路。以上检查正常，在充电状态下，用万用表电压挡检查车辆充电口A+、A-背端子电压，正常为12V，否则不能控制直流充电继电器K3-1闭合，无法提供双路电，直流充电接触器+、直流充电接触器-无工作电源。部分双路电及直流充电接触器电路图如图9所示。

4.2.2 电池管理器故障

电池管理器接收来自充电枪CC2直流充电感应信号，控制电池包给四合一充电预充，然后通过S+、S-与充电桩进行通信，将车辆电池信息 （总电压、温度、SOC、单体电池最高、最低电压）与充电桩进行数据交互，确定充电是否进行和充电程度。因此需要用万用表检查电池管理器插接件BMC02与充电口导通性，正常值参考表3。

图9 部分双路电及直流充电接触器电路

表3 电池管理器BMC02与充电端口导通性

以上检查均正常，检查高压电控总成，将电源置于OFF挡位，连接充电枪，给车辆充电。用万用表检查电池管理器插接件BMC02与车身搭铁电压、电阻情况，正常值如表4所示。

表4 电池管理器BMC02与车身搭铁电压、电阻标准值

以上检查正常，断开充电枪，拔下电池管理器插接件，将直流充电正负接触器控制脚与车身搭铁短接，正负接触器应吸合，用万用表检测充电口DC+与DC-电压，正常值约为650V，通过短接直流接触器能吸合，说明接触器良好，故障在电池管理器，应进一步检查电池管理器或更换电池管理器，如果没有检测到650V电压，说明高压电控总成有故障。

5 结语

在检修交流、直流无法充电故障时，除了重点检查以上关键信号外，熔断丝、继电器、接触器、线路也是要留意的，在插入充电枪后，车辆前舱位置会有接触器、继电器吸合声音，通过这些吸合声音可以初步判断故障大致范围。为了快速确定故障点，常常需要借助专用诊断仪VDS1000或VDS2000，扫描整车模块，部分模块数据流，读取VTOG_DSP2、VTOG_充电、BSM等双路电模块，重点关注“充电连接装置连接状态”、“充电感应信号-交流”、“充电感应信号-直流”、“充电接触器状态”、“与电池管理系统通信状态”、“充电S2开关吸合标志”等与充电相关联信号，快速确定故障范围，提高故障排除效率。