北汽新能源汽车慢充系统功能台的开发与应用

蒋小健

（常州交通技师学院 213147）

0 引言

未来，新能源汽车将会成为社会的主导车型，而新能源汽车的维修依靠传统的经验还不够，还需要维修人员具有更广的新能源汽车新技术和高压维修操作技能。慢充功能台在教学中使用较少，未能达到理想的教学效果。笔者思考自行研制开发北汽新能源慢充功能台运用用于专业教学，提高汽车检测新能源专业课堂的教学效果，提高学生的实践操作能力，拓展维修实践教学的深度和广度。

1 慢充系统功能台的基本组成和基本原理

1.1 功能台的基本组成

北汽新能源汽车慢充功能台的结构在新能源车系中最具代表性。功能台主要有慢充接口、车载充电机、DC/DC 转换器、电池管理系统、整车控制器、动力电池组等装置组成。

1.2 功能台的基本原理

（1）慢充接口。慢充接口连接到车载充电机，一般应用于家庭用户和标准的公共充电设施。

（2）车载充电机。车载充电机的作用是将输入的220 V 交流电转换为动力电池所需的290～420 V 高压直流电，实现电池电量的补给，在工作过程中需要协调充电桩、电池管理系统（BMS）等部件。

（3）DC/DC转换器。DC/DC转换器相当于传统车的发电机，将高压蓄电池的高压直流电转换成低压直流电，为整车低压系统供电，为12 V 蓄电池充电。DC/DC 转换器单独放置集成式控制器内部，自然冷却，具有输入过欠电压保护、输出过欠电压保护、输出过载短路保护以及过温保护功能，具有效率高、体积小、耐受恶劣工作环境等特点[1]。

（4）电池管理系统。通过电压、电流、温度传感器、采集动力电池组的串联单元电压、温度、总电压和总电流，控制动力电池组的充放电，监控动力电池的状态，防止电池出现过充电、过放电，延长动力电池的使用寿命。同时还是作为动力电池和整车控制器以及驾驶人沟通的桥梁，并向整车控制器上报动力电池系统的基本参数、剩余电量及故障信息。

（5）整车控制器。整车控制器相当于电动汽车的“大脑”，控制电动汽车的所有部件，主要功能有驾驶员的意识识别和控制模式的判断，整车故障的判别和处理，外围相连驱动单元的管理，电动汽车辅助系统的控制。

（6）故障诊断过程。通过解读电路图和原理图，利用万用表，可检测出北汽新能源汽车慢充功能台中慢充不能充电的故障。

2 慢充系统功能台的制作

2.1 慢充系统功能台研制的目的

（1）思考设计、开发、制作的北汽新能源汽车慢充系统功能台，考虑到之前的传统汽车没有充电接口，汽车结构上发生了很大的变化，在整车上检测比较繁琐，整车上只能对新能源汽车慢充系统基本结构的认知。为了能够让学生更形象地理解掌握新能源慢充系统，现在的设计将慢充系统与相关电路结合在一起，让学生对新能源汽车慢充电路进行线路连接、原理结构、电路检查的学习。通过对慢充系统故障的诊断与分析来掌握慢充系统的原理，因此考虑研制一台北汽新能源慢充系统功能台。

（2）考虑到充电输出是高压直流电，为了避免危险，串联了16 个单体电池并安装在功能台上，同时还设置了一些典型故障，达到举一反三的目的。在北汽新能源慢充功能台上制作了故障测量端子，在测试中可直接在面板上进行操作，既减少对插接器的损耗，又提高了测量速度。慢充系统功能台故障设置上能设置短路、断路和模拟信号故障，使新能源汽车专业理论教学实行教学现场化、慢充系统故障诊断原理化。

2.2 慢充系统功能台研制的过程

对慢充系统功能台各系统的组成、结构原理与功能进行研制，其中包括以下内容。

（1）查阅相关技术资料，对慢充系统各部件进行布置，为制作功能台做好各方面的前期准备工作。

（2）制作过程中力求达到实用、耐用及美观，降低使用成本。

（3）动力电池的选用、功能台设计、线路设计力求科学合理。

（4）制作小组多次讨论制作方案，制作过程应力求细致无误。

（5）按照国家标准采购高压线路，保证高压与功能台的绝缘。

（6）设计制作过程如图1所示。

2.3 慢充系统功能台研制中拟解决的关键问题

在研制过程中出现了很多问题，经过综合分析以后，在以下几个方面进行重点考虑研制。

（1）如何设计慢充系统控制面板，慢充系统部件的布置应达到合理性。

（2）使功能台的功能具有实用性、耐用性，外观具有美观性。

（3）将北汽新能源汽车原有的慢充系统线束都运用到功能台中，达到布线的合理性、连线的简洁性。

（4）检测端子的实用性、耐用性，动力电池数量减少，以确保安全性。

图1 慢充系统功能台制作框图

3 慢充系统功能台的基本功能

3.1 慢充系统功能台的作用

本功能台能够生动形象地反映电动汽车慢充充电的工作过程，并且通过控制面板上的测量端子能够直接测量各慢充系统电路上的参数。同时在慢充系统功能台上，经过测量的数据和仪表的指示，能够直接反映功能台是否在充电。学生能更直观地在功能台上操作，减少了各线束插接器的磨损，降低了线束的损坏。

3.2 慢充系统功能台的优点

（1）可以直观地观察慢充各故障现象，方便快捷地用诊断工具检测，读出其工作时的参数。使学生能够真正完成理论——实践——理论的学习过程，体现教学过程的直观性和有效性。

（2）学生可以直接在慢充系统面板上进行故障检测，我们可以断开某条线路，设置断路故障，也可以设置短路故障。或者模拟相应的信号接入电阻，代替接触不良的信号，设置模拟信号。

（3）通过慢充充电时的检查，可进行慢充系统原理、故障设置与排除、慢充工作时性能的检测等综合操作教学与培训。该功能台不仅能提高学生的学习兴趣和动手操作能力，增强实车感，提高教学质量，还为专业教师提供专业知识技能研究的平台。

4 功能台在教学实践中的运用实例

4.1 试验台架在教学实践中的运用

由于整个慢充系统都安装在功能台上，所以非常清晰的观察到故障现象，并可更直观的排查故障原因，使理实一体化教学简单化。而实际维修过程中，很难判断慢充线路的故障，特别是当慢充系统出现接触不良时尤其困难[2]。

4.2 慢充系统充电条件

（1）充电线连接确认信号正常。

（2）充电机供电电源220 V 和12 V 正常。

（3）充电唤醒信号12 V 输出正常。

（4）充电机、整车控制器及BMS 间通信正常，主继电器闭合。

（5）动力电池电芯温度：0～45℃。

（6）单体电池最高电压与最低电压差<300 mV。

（7）单体电池最高温度与最低温度差<15℃。

（8）绝缘性能>500 Ω/1 V。

（9）实际单体最高电压不大于额定单体电压。

（10）高、低压电路连接正常，远程控制开关关闭状态。

4.3 慢充系统常见故障排除

4.3.1 常见故障

（1）充电枪安装不到位，车辆与充电桩两端枪反接。

（2）插接器正常连接，车载充电机输出唤醒是否正常。

（3）车端充电枪是否连接到位，高压熔断丝是否熔断，高压插接器及线缆是否正确连接。

4.3.2 故障排除思路

（1）检查慢充电桩充电线、慢充口、慢充线束、车载充电机、高压控制盒及动力电池之间的线路连接是否良好。

（2）检查低压供电及唤醒信号是否正常，如3 个车载充电机指示灯都不亮，表示没有电源输入，分别检查线路熔丝、充电线、慢充口和慢充线束是否正常；若正常，更换车载充电机。检查车载充电机的12 V 电源及慢充唤醒信号是否正常，高压控制盒内的车载充电机熔断器是否损坏，动力电池12 V唤醒信号是否正常，整车控制器、动力电池等部件的新能源CAN 总线是否正常；动力电池低压控制端搭铁及整车控制器搭铁是否正常。

（3）如果低压端电路正常，充电仍无法完成，逐步检查充电线、慢充线束、车载充电机、高压控制盒及动力电池之间的高压电是否正常，是线束故障还是部件故障。

（4）使用故障诊断仪分别检查动力电池及车载充电机的工作状态，对数据进行分析，找出故障所在。

4.3.3 检修车载充电机与充电桩连接故障

（1）检查慢充桩与慢充口连接是否良好。车载充电机3 个指示灯都不亮。分别测量充电线桩端充电枪的N、L、PE、CP、CC 端子和车辆端的N、L、PE、CP、PE 端子是否导通，如不导通则修复或更换充电线总成。测量充电线车辆端充电枪的CC和PE 端子的阻值，16 A 充电线阻值应为690×（1±3%）Ω，32 A 充电线阻值应为220×（1±3%）Ω，若阻值与标准值不符，则修复或更换充电线总成。

（2）检查慢充口与车载充电机连接是否良好。排除慢充桩充电线问题后，起动充电，车载充电机指示灯还是都不亮的，应检查慢充线束及车载充电机。检查插接器端子有无烧蚀、虚接现象。分别测量充电口L、N、PE、CC、CP 端子与充电线束充电机插接器1、1、3、5、6 端子是否导通，如不导通，则修复或更换线束总成。慢充线束检查完毕，恢复好进行充电测试，如果车载充电机的指示灯还都不亮，则更换车载充电机。

（3）当该车更换车载充电机后，充电正常，故障排除。