纯电动汽车交流充电过程分析及故障排除

董伟

摘要：当前，纯电动汽车作为我国新能源汽车的主要技术发展方向，电动汽车充电技术作为正常行驶和推广应用的重要组成部分，本文对交流慢充系统的组成和充电过程进行了介绍，并对交流充电系统常见故障的排除进行了分析。

Abstract： At present， pure electric vehicle is the main technical development direction of new energy vehicles in China， and the charging technology of electric vehicles is an important part of normal driving and application. This paper introduces the composition and charging process of AC slow charging system， and analyzes the troubleshooting of common faults of AC charging system.

关键词：纯电动汽车;交流充电;过程分析;故障排除

Key words： pure electric vehicle;AC charging;process analysis;troubleshooting

0  引言

纯电动汽车需要补充车载储能设备的动力，这个过程称为充电。电动汽车的充电过程需要应用到许多领域的技术和设备。交流充电系统一般是指将220V交流电引入交流充电桩，并通过充电电缆和充电枪与新能源汽车的交流充电接口相连的系统。车载充电器可以将外部交流电网的电转换为直流电，为动力电池充电。与直流充电系统相比，交流充电系统将交流变直流系统集成到了车载充电机中。由于车载充电器工作功率小，常用的充电功率分别为3.3kW和6.6kW，因此充电时间较长。

1  交流慢充系统基本组成

交流慢充系统包括来自电网220V交流电、交流慢充桩、充电电缆及车端的交流充电接口和车载充电机等。

1.1 交流充电桩

电动汽车充电桩对于纯电动汽车就像加油机对于汽车车一样重要，交流充电桩一般由桩体、电气模块和计量模块等组成。桩体包括外壳和人机交互界面;电气模块和计量模块安装在桩体内部，电气模块包块充电插座、电缆转接端子排和安全防护装置等。交流充电桩的输入端连接到输入电源，输出端通过交流充电接口连接至电动汽车。

交流充电桩经过一定的电压和电流限制后向车载充电器供电，车载充电器经过交直流整流和稳压后对动力电池充电[1]。由于车载充电器的功率收到限制，交流慢充功率一般在3-10kW范围内。目前，各整车厂商的纯电动和插电/增程混合动力汽车均配备了慢充接口，慢充接口也可以通过电缆安装插头直接连接到220V交流16A插座上。

1.2 车辆充电接口

由于不同国家和地区的电网系统不同，因此不同国家在各自的交流充电标准中对充电连接器电压和电流有不同的要求[2]。IEC 62196-2《电动车辆传导充电用插头、插座、车辆连接器和车辆插孔第2部分：交流充电接口和附属连接线路的尺寸互换性要求》包含有3种交流充电接口方案，其中Type1的主要为美国和日本支持，Type2的主要由德国支持，Type3的主要由意大利和法国支持。

中国标准规定的交流充电接口的总体布局最接近Type2。均采用7芯结构，以单相充电为主，并预留三相充电。目前，我国标准规定的最大交流电流只有32A，但实际充电采用的是220V/16A。交流充电端口是一个慢充接口，如图1所示。

1.3 车载充电机

车载充电机也称为交流充电机，车载充电机的整流等电能变换环节都在电动汽车内部完成，车外只需要一个交流输入供电电源，但是，由于车内前机舱空间有限，其功率、体积和重量等都小于非车载充电机。

①车载充电机的組成：车载充电机主要由配电网输入的单项220V或三相380V、频率50Hz的交流电源供电，主电路一般包括二极管桥式不控整流电路、有源功率因数校正、LC滤波、高频DC-DC斩波变换等组成部分。

②车载充电机的作用：把来自电网的单相或三相交流输入电能变换成稳定、可控的直流输出，并按一定的充电模式给动力电池组充电，车载充电机与DC-DC、高压控制盒集成安装在前机舱PDU内部[3]。

2  交流慢充系统充电过程

慢充系统中，首先将充电枪的车辆端接入位于车辆侧后方的汽车慢充充电口、将充电桩端接入交流充电桩接口，或将接头接入家里的市电插座。待各部件自检完成后，即可合闸或开启开关进行交流充电。

2.1 车载充电机的充电过程

①根据锂离子电池的特点，充电器对电压有严格的要求。如果电压过高，电池会过度充电，甚至会爆炸。②充电刚开始，先要小电流对激活电池的活性，让蓄电池内部化学反应充分建立起来，为后面的持续大电流充电做好准备。③之后进入18A恒流充电阶段。当电压充电至400V时，充电器降低恒定充电电流值，不进入电压稳定阶段。之后，它继续检测充电电压。当电池电压再次达到400V时，充电器再次降低充电电流。重复上述充电过程，直到充电电流很小，充电器认为电池已满并关闭[4]。

2.2 充电过程分析

充电过程中，电池管理系统将电池组的充电电压、充电电流等充电需求状态告知充电机，充电机根据电池的充电需求，依据设定的策略输出电压电流值，对动力蓄电池进行充电，电路如图2所示。

该电路控制供电装置在实际的充电时，将充电枪连接到充电口之后，虽然这只是简单的插一下充电枪的动作，实际上是要闭合电路中的S3开关。S3开关闭合以后，车载充电机会发出一个5V的电压传递到充电桩上，这时候充电桩接收到5V电压，说明枪连接良好。接下来充电桩上的S1开关会闭合，将12V的电源转换成占空比信号，通过CP线路传递到车载充电机上，此时车载充电机会唤醒整车控制器，整车控制器唤醒之后会通知S2开关完成闭合，S2的闭合会让车载充电机完成一个升压和整流的过程，这时电压通过占空比信号，传递给充电桩，闭合K1，K2，此时220V的交流电通过L线和N线传递到AC/DC转换器上，将交流电转换成高压直流电，通过高压控制盒，传递到动力电池，为动力电池充电，这是纯电动汽车充电系统的控制电路图。

交流慢充充电方式的充电过程对电池的性能及寿命有一定的影响，合理的充电方式对保护动力蓄电地的意义重大，按照动力蓄电池的最佳曲线充电会大大减少蓄电池的充电时间，并且会减小对电池造成的危害及对电池的寿命和容量的影响，目前，交流慢充充电方法包括恒流充电法、恒压充电法和两阶段充电法3种[5]。在实际应用中应按照电池理论最佳充电曲线进行相应的充电策略和方式的界定，以保障电池的最住状态和寿命。

3  交流慢充系统故障检修

充电系统故障是新能源汽车故障检修的主要内容之一。根据故障所处的系统，可分为充电设施故障和车载充电机故障。

3.1 交流充电桩日常巡检

交流充电桩维护检修，主要包括外观检测、电气连接检查及元件功能测试，具体检修项目见表1。

3.2 车载充电机检修

①作业前准备。设置安全隔离带及安全警示牌;检查并穿戴个人安全防护用具;检查并调校设备仪器;检查绝缘工具;实施车辆外部及内部三件套防护;检测绝缘地垫的对地绝缘性能。

②车辆初步检查。确认车辆停放位置合适并且车身稳定;确认手刹车已拉起;启动车辆，确认挡位在“N”挡;检查仪表盘的故障显示灯是否亮起。

③确认充电系统故障。连接快充枪及慢充枪，确定充电系统故障情况;关闭启动开关;再次启动汽车并连接故障诊断仪，用诊断仪读取故障码;再次关闭启动开关，并将车钥匙在远离汽车的位置妥善保管，填写工单记录相关信息。

④故障诊断与排除。根据检查结果结合维修手册和电路图编写故障排查顺序;检查并测量车辆交流慢充端口及线束;检查并测量充电枪的充电端口;检查并测量车辆快充端口及线束;检查并测量充电枪的充电端口;根据测量值判断故障点并排除故障。

⑤故障验证，启动车辆，看仪表盘是否出现“READY”灯，诊断仪读取故障码，清除故障码。

⑥清洁场地，整理设备、工具、个人防护用具和场地警戒标识等。

4  结论

充电系统及其相关基础设施是纯电动汽车运行的必要支撑和保障，本文介绍了交流慢充系统主要部件的结构和作用，分析了交流充电的过程和原理，并阐述了交流充电的故障检测的要点。

参考文献：

[1]寇亮.浅谈南昌紫阳大道充电站监控系统的应用[A].江西省電机工程学会.2012年江西省电机工程学会年会论文集[C].江西省电机工程学会：江西省电机工程学会，2012：3.

[2]孙雯.服从电网调度的电动汽车充放电装置的设计[D].合肥工业大学，2013.

[3]李海洋.北汽EV160纯电动汽车充电故障诊断与排除[J].汽车实用技术，2018（07）：157-159.

[4]胡海彬.电动汽车充电站功率控制策略研究[D].电子科技大学，2011.

[5]姚和平.锂离子电池充电器设计[D].西安电子科技大学，2008.