全新奥迪e-tron 充电系统浅析

张海松

（浙江机电职业技术学院， 浙江 杭州 310053）

1 充电系统结构

全新奥迪e-tron充电系统主要由蓄电池充电盖模块、高压充电系统操纵单元、高压蓄电池充电系统充电插座、电池充电器、高压蓄电池开关盒SX6等组成。

1.1 充电盖模块

根据装备情况以及市场情况，奥迪e-tron车型安装位置有驾驶员侧（FS） 或副驾驶员侧（BFS） 形式，配备有高压蓄电池充电插座，或者是两侧都配备有高压蓄电池充电插座。充电插座位于前轮后面的充电盖模块后面（翼子板的空隙处），如图1驾驶员侧充电盖模块位置结构。该充电模块的作用涵盖开关充电盖板打开与上锁、充电状态预警等功能。

图1 驾驶员侧充电盖模块位置结构

在车辆解锁的情况下，按压蓄电池充电按键模块EX32上的按键或者蓄电池充电按键模块2 EX40上的按键，充电盖模块的盖板就会向下运动打开盖板。

在车辆未解锁时，如果装备有便捷钥匙且便捷钥匙就在充电单元附近，不必给车辆解锁，盖板模块按键充电盖直接打开自动向下运动，进行充电操作。

操作一侧护盖按键，另一侧开启的护盖将自动关闭，不允许两侧同时充电。

因驱动单元故障而导致无法以电动方式打开充电盖模块，可以给充电盖应急开锁。如图2所示，要小心地拉动相关充电侧前舱内盖板下的红色拉环，随后就可以通过手动方式把充电盖向下推，手动打开盖板。

在充电时，充电显示作为LED模块集成在充电盖模块内了，会显示充电各个状态。如图3所示。

图3显示面板上各个符号灯不同状态，代表不同的含义，充电盖模块处有各种显示的说明，见表1。

图2 充电盖模块应急拉环位置

1.2 高压充电系统操纵单元

全新奥迪e-tron车上配备的是第2代奥迪e-tron充电系统，有2种插座：一种是家用插座连接在交流电网上的，最大充电功率1.8kW（8A）；一种是工业插座在交流电网上的，最大充电功率11kW （48A，单相或三相），如图4所示。

图3 充电盖模块LED显示

表1 充电单元LED指示灯含义

图4 高压充电系统

当奥迪e-tron充电系统连接到交流电网上时，该操纵单元就被激活与高压蓄电池充电器1 AX4通过触点CP和PE用PWM-信号来进行通信，这时内部接触器是脱开的，车辆充电插头上无电流通，只有在充电过程中接触器才会接合。

要想连接到车上，该操纵单元还需要接上充电电缆（该电缆各国是不同的），每个连接电缆（该电缆各国是不同的）都配有家用插头和工业插头。

在连接好后，可以进行充电功率设置，一般充电功率可设置为50%，也可把充电功率提升至100%，设置后可一直保持到从电网上断开操纵单元为止。

操纵单元通过LED来表示识别出的故障。可使用车辆诊断仪和适配器VAS 611009来查找故障。

1.3 高压蓄电池充电系统充电插座

全新奥迪e-tron汽车在国内版的充电插座有2种：一种是China DC 高压蓄电池充电系统充电插座1 UX4，如图5所示；一种是China AC 充电系统充电插座2 UX5，如图6所示。

图5 （DC） 高压蓄电池充电系统充电插座1 UX4

图6 （AC） 充电系统充电插座2 UX5

China DC 高压蓄电池充电系统充电插座1 UX4用直流（DC） 给高压蓄电池充电。充电桩和高压蓄电池充电器1 AX4之间的通信通过通信触点来进行。

China AC 充电系统充电插座2 UX5用交流 （AC） 来给高压蓄电池充电。充电桩和高压蓄电池充电器1 AX4之间的通信通过触点CP和PE来进行。

1.4 高压蓄电池充电器

全新奥迪e-tron有2个高压蓄电池充电器1 AX4和高压蓄电池充电器2 AX5，如图7所示。2个充电器安装在车辆前部，在前部电驱动装置电机的前上方。充电器2是选装的，充电功率为22kW。

内部的高压蓄电池充电器控制单元J1050和高压蓄电池充电器控制单元2 J1239连接在混合动力CAN总线上。高压蓄电池充电器控制单元J1050是主控制器，高压蓄电池充电器控制单元2 J1239是从控制器。与奥迪e-tron充电系统或者充电桩的通信通过CP和PE接口用PWM信号或者动力线通信来进行。在通过China-DC充电插座用直流电来充电时，采用CAN总线来与充电桩通信。

高压蓄电池充电器内部3个整流器将操纵单元或充电桩上的交流电压转成直流电压用于给高压蓄电池1 AX2充电。每个整流器的最大工作能力为16A。充电电流分配取决于实际的充电电流。传输是通过线圈感应 （电流隔离） 实现的。因此，交流网与车上高压系统之间没有导线连接。充电器连接在高压蓄电池开关盒SX6上。充电电流通过开关盒内的一个熔断丝输送到高压蓄电池，采用冷却液循环来冷却。在直流充电时，整流器不工作，充电器通过一根等电位线与车身相连，中间电路电容器会被动放电。

图7 高压蓄电池充电器

2 充电系统的充电模式

1） 模式1：插座＋充电单元＋车（图8）。

图8 充电模式1

这种模式需使用奥迪随车充电系统直接连接家用或工业三孔插座，AC交流充电流较小，对电池伤害较小，连接好后，车辆通过充电单元来与充电电源相连，同时车辆和充电系统单元之间进行通信，充电单元会监控故障电流并具备漏电保护功能。

2） 模式2：交流充电桩+车（图9）。

图9 充电模式2

这种模式用交流 （AC） 充电，充电流较小，对电池伤害较小。提供的充电电缆可以是1相、2相或者3相，充电功率有3.6kW、7.2kW、11kW、22kW，连接好后车辆和充电桩之间进行通信，进行监控故障电流并具备漏电保护功能。

3） 模式3：直流充电桩+车（图10）。

图10 充电模式3

这种充电桩用直流 （DC） 充电，相对交流模式电流较大，电流较大对电池有损坏，一般电流优先值：80A、125A、200A、250A，连接后汽车与充电桩进行通信，监控故障电流并具备漏电保护功能。

3 全新奥迪e-tron充电过程

全新奥迪e-tron高压蓄电池充电可用交流（AC） 或者直流 （DC） 来给高压蓄电池充电，如图11所示。在全新奥迪e-tron车上充电插座上的交流接口（AC） 连接在高压蓄电池充电器上，充电时在充电器内交流转换为直流，并通过开关盒输入到高压蓄电池内。在直流接口 （DC） 连接在开关盒上，直流电就直接输入到高压蓄电池内。

3.1 交流（AC） 充电过程

充电器 （AX4） 的充电功率是11kW，2个充电器加一起（AX4和AX5） 的充电功率是22kW，充电流程如图12所示。

图11 充电流程

图12 交流 （AC） 充电

插上车辆的充电插头时，车辆首先通过触点PE与电源的搭铁线（保护线） 相连。随后触点PP接触上，充电器通过触点PE和PP之间的电阻识别出插头并拉紧驻车制动器，L相与零线接触上。最后，触点CP接触上，电源与车辆之间通过PWM信号进行通信，充电插头也被锁定。通信成功后，高压系统就被激活开始充电，模块上的LED呈绿色在跳动。车上的充电器按照蓄电池调节控制单元J840预设参数将交流（AC） 转换为直流，高压蓄电池充电器通过温度传感器来监控充电插座的温度，温度较高时会逐渐降低充电电流，直至中止充电过程。温度降下时会逐渐提高充电电流，所以整个充电过程中电压大小和电流大小始终在调整中。同时电源会将电流强度信息告知蓄电池调节控制单元J840，蓄电池调节控制单元J840控制充电器的充电电压和充电电流、监控充电过程并更新这些规定值。当充电过程结束了，高压蓄电池内的接触器就脱开。

如果LED呈黄色亮起，说明没有识别出有电的电源。如果LED没亮起，说明没有识别出插头。

3.2 直流（DC） 充电过程

直流 （DC） 充电，高压蓄电池直接与电源相连，如图13所示。通过蓄电池调节控制单元J840来适配充电电压和充电电流。全新奥迪e-tron车辆方面的充电功率受高压蓄电池限制，最大150kW。

当插上车辆的充电插头时，车辆首先通过触点PE与电源的搭铁线（保护线） 相连。随后是触点PP接触上，充电器通过触点PE和PP之间的电阻识别出插头并拉紧驻车制动器，DC+和DC-接触上，接着触点CP接触上，电源与车辆之间通过CAN总线通信，充电插头被锁定。通信成功后，高压系统被激活，直流接触器接合，充电开始，模块上的LED呈绿色在跳动。

图13 直流 （DC） 充电

同时电源会将大电压和电流信息发给充电器，然后高压充电器控制单元J1050与蓄电池调节控制单元J840通信，蓄电池调节控制单元J840规定充电器的充电电压和充电电流、监控充电过程并更新这些规定值，在直流充电过程中高压充电器只起到通信作用。

当充电过程结束后，直流充电接触器和高压蓄电池内的接触器脱开。

如果LED呈黄色亮起，说明没有识别出有电的电源。如果LED没亮起，说明没有识别出插头。

4 注意事项

1） 首先充电前要保证车子已挂入P挡，已拉紧驻车制动器，已终止行驶状态，进入充电准备就绪状态。

2） 在交流充电过程中不得将充电电缆从插座或汽车充电接口中拔出，充电完成后请先解锁中断充电，然后再从插座中拔出充电，否则会形成火星，损坏插头触点。

3） 奥迪充电系统只能在-30~50℃的温度范围内使用。

4） 固定安装的充电电缆最大长度不得超过30m。

5） 如果高压蓄电池是新的或者长时间未充电，则可能需要经过多次充电后才能达到最大充电电量。

6） 如果较长时间未使用车辆，则最迟在4个月之后应对高压蓄电池进行充电 （充电目标50%），否则可能导致高电压蓄电池损坏。

7） 绝对不要在汽车的交流和直流充电接口上同时充电。

8） 全新奥迪e-tron汽车，在充电时一定要注意，在高压蓄电池正在充电时、驻车空调正在工作时和高压蓄电池正在给12V蓄电池补充电量时，会进入自主工作状态高压系统处于激活状态，高压部件都带电。

课题项目：

1） 浙江省高等教育 “十三五” 第二批教学改革研究项目 “互联网+智能” 时代下新能源汽车专业课程新三教改革与探索 （jg20190766）。

2） A-0154-17-314-汽车电路分析与检测实训指导书。

3） A-0152-19-312-新能源汽车CAN总线网络故障检修。