比亞迪汽車高壓充電系統(tǒng)原理及故障分析

武漢城市職業(yè)學(xué)院周彬

1 比亞迪汽車的銷售狀況

比亞迪汽車在2019年1月～10月的整體銷量約為20萬臺(tái)，同比增長(zhǎng)23.7%，從整體上看，比亞迪汽車在國內(nèi)新能源汽車市場(chǎng)中依舊保持著最高的銷量。隨著比亞迪車型的市場(chǎng)保有量不斷增加和車輛使用時(shí)間推移，比亞迪新能源汽車的故障現(xiàn)象也會(huì)逐漸增多，與傳統(tǒng)車輛不同，新能源汽車的高電壓系統(tǒng)故障診斷與排除難度較大，如車輛無法進(jìn)行高壓充電就是常見的故障之一，因此掌握新能源汽車高電壓系統(tǒng)的診斷方法是維修人員急需掌握的技能。

2 新能源汽車電氣系統(tǒng)特點(diǎn)

新能源汽車的電氣系統(tǒng)中存在高壓直流電、高壓交流電、低壓直流電，高低壓轉(zhuǎn)換和交直流轉(zhuǎn)換是保障車輛正常工作的必要條件。

新能源汽車保留了一個(gè)低壓蓄電池，但大部分車輛取消了發(fā)電機(jī)，低壓蓄電池的電量由高壓動(dòng)力電池來提供，DC/DC模塊將高壓動(dòng)力電池存儲(chǔ)的高壓直流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，為低壓蓄電池充電。在車輛行駛過程中，高壓動(dòng)力電池中存儲(chǔ)的高壓直流電經(jīng)過高壓配電箱輸送到電機(jī)控制器，在電機(jī)控制器中經(jīng)過逆變轉(zhuǎn)換為高壓交流電來驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)進(jìn)行工作。當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，能量回收系統(tǒng)開始工作，電機(jī)控制器控制電機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的高壓交流電經(jīng)過電機(jī)控制器整流后，再通過高壓配電箱傳輸至高壓動(dòng)力電池進(jìn)行存儲(chǔ)。

為確保車輛高壓系統(tǒng)的安全，高壓系統(tǒng)線束采用醒目的橙色線束，并在高壓系統(tǒng)部件上粘貼高壓危險(xiǎn)警示標(biāo)識(shí)，高壓系統(tǒng)中采用多種安全保障措施如高壓互鎖、漏電監(jiān)測(cè)、主動(dòng)泄放和被動(dòng)泄放等來保護(hù)車輛及駕駛?cè)说陌踩?/p>

3 新能源汽車高壓充電系統(tǒng)的兩種充電模式

新能源汽車的高壓充電系統(tǒng)分為快充和慢充兩種。在快充模式下，充電樁使用的是380V交流電，在充電樁內(nèi)部完成升壓及逆變過程，升壓至大于車輛高壓動(dòng)力電池包的總電壓，然后經(jīng)過逆變得到高壓直流電，工作原理如圖1所示，充電口各端子代號(hào)如圖2所示。快充模式下充電電壓高，充電電流大，完成充電所需的時(shí)間短，但是在充電過程中也造成電池?fù)p耗，是一種應(yīng)急的充電方式。

在慢充模式下，充電樁連接的是220V交流電，此時(shí)充電樁不進(jìn)行交流電與直流電的變換，直接將交流電輸出至車輛的車載充電機(jī)，由車載充電機(jī)完成220 V交流電的升壓和整流過程，車載充電機(jī)輸出高壓直流電至高壓配電箱，再經(jīng)過動(dòng)力電池高壓線束后儲(chǔ)存在高壓動(dòng)力電池內(nèi)。

圖1快充模式工作原理

圖2 快充系統(tǒng)充電口各端子含義

圖3 慢充模式工作原理

4 比亞迪唐車的高壓充電系統(tǒng)故障診斷及維修

新能源汽車常見的高壓系統(tǒng)故障模式為整車高壓上電故障與整車高壓充電故障。高壓系統(tǒng)故障的分析能力及維修技巧是新能源汽車維修技術(shù)的核心技能。現(xiàn)以比亞迪唐車的一則高壓系統(tǒng)充電故障為例，對(duì)新能源汽車高壓系統(tǒng)故障診斷及維修過程進(jìn)行說明。

4.1 比亞迪唐車的高壓充電流程

比亞迪唐車進(jìn)行高壓充電的流程如圖5所示。

圖4 慢充系統(tǒng)充電口各端子含義

圖5比亞迪唐車的高壓充電流程

高壓充電流程主要包括充電連接、充電功率確認(rèn)、充電條件判斷3個(gè)部分。充電連接是判斷充電槍與充電口有沒有連接到位。充電連接信號(hào)線CC與PE之間存在680Ω的電阻，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到該電阻對(duì)應(yīng)的電壓時(shí)，系統(tǒng)即認(rèn)可充電槍與充電口連接到位。充電功率確認(rèn)的過程是車輛通過CP信號(hào)線，獲取充電樁輸出的PWM信號(hào)值，從而確認(rèn)充電系統(tǒng)的輸出功率，當(dāng)輸出功率能滿足時(shí)，則進(jìn)入下一步。當(dāng)充電連接和充電功率確認(rèn)均符合要求時(shí)，檢查車載充電機(jī)及高壓電池的狀態(tài)，在無任何故障時(shí)，發(fā)送允許充電命令，并由儀表盤顯示充電的相關(guān)信息。

4.2 比亞迪唐車充電系統(tǒng)故障檢修方法

（1）確認(rèn)故障現(xiàn)象。故障現(xiàn)象是故障診斷與維修的第一要素，準(zhǔn)確而且完整的故障現(xiàn)象可以形成方向性的診斷思路，合理分析各種故障現(xiàn)象，不要遺漏，特別是儀表指示燈。新能源汽車充電過程中，儀表中充電指示燈點(diǎn)亮并顯示充電數(shù)據(jù)，如高壓動(dòng)力電池的SOC（剩余充電量）及預(yù)計(jì)充滿時(shí)間等，隨著充電的進(jìn)行，顯示的SOC值及預(yù)計(jì)充電時(shí)間都會(huì)產(chǎn)生變化。

（2）故障檢測(cè)。高壓電系統(tǒng)由橙色高壓線束連接各個(gè)高壓部件總成，多數(shù)情況下，高壓線束和高壓電器部件總成均禁止拆解，在了解各個(gè)系統(tǒng)工作模式的前提下，合理使用比亞迪專用診斷儀器來進(jìn)行讀取故障代碼和數(shù)據(jù)流是進(jìn)行故障檢測(cè)的有效方式。

故障代碼有標(biāo)準(zhǔn)故障代碼和自定義的故障代碼，二者均可以在維修手冊(cè)中找到對(duì)應(yīng)的解釋，一般指向系統(tǒng)的電壓高或電壓低故障。當(dāng)車輛存在故障但并未顯示故障代碼時(shí)，可以通過比亞迪專用診斷儀讀取數(shù)據(jù)流來進(jìn)行故障判斷。通過與車主溝通，確認(rèn)車輛故障的誘發(fā)模式，操縱車輛重現(xiàn)故障的觸發(fā)條件，從而獲得發(fā)生故障瞬間的車輛數(shù)據(jù)流，從而進(jìn)行針對(duì)性的分析。當(dāng)故障頻次較低時(shí)，難以獲得數(shù)據(jù)流，而專業(yè)維修人員判斷該故障對(duì)車輛的安全行駛無影響時(shí)，可以在DLC診斷口安裝專用U盤，車輛的數(shù)據(jù)流是瞬間覆蓋的，無法進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間工況的分析，專用U盤可以將車輛起動(dòng)后的所有信息進(jìn)行記錄，當(dāng)車輛再次出現(xiàn)故障，即可聯(lián)系售后技術(shù)人員，進(jìn)店維修，通過U盤獲取故障瞬間的數(shù)據(jù)流信息，做出準(zhǔn)確的檢測(cè)并維修。

當(dāng)車輛充電時(shí)，可以通過數(shù)據(jù)流準(zhǔn)確地獲取充電槍是否連接、充電是否被允許、充電電壓及低壓供電數(shù)據(jù)。

（3）故障排查。新能源汽車檢修時(shí)，必須注意高壓用電安全，一般要求兩人同時(shí)操作，操作人員需要具有低壓電工證及比亞迪認(rèn)證的維修資格證。操作前對(duì)車輛進(jìn)行高壓斷電，并檢測(cè)動(dòng)力電池的輸出電壓是否為0 V。鋪設(shè)絕緣墊，放置高壓警示牌，拉好警戒線。維修人員需要檢查確認(rèn)絕緣手套、安全絕緣頭盔、絕緣鞋、護(hù)目鏡的性能良好并進(jìn)行佩戴。

重點(diǎn)確認(rèn)車輛高壓系統(tǒng)的故障代碼或數(shù)據(jù)流，鎖定排查范圍后，進(jìn)行合理的檢查。排查工具包括萬用表、絕緣測(cè)試儀、示波器等，測(cè)量線路的電阻、電壓及波形信號(hào)是否正常。

4.3 比亞迪唐車的充電故障一例

（1）故障現(xiàn)象。比亞迪唐車儀表充電指示燈點(diǎn)亮后又熄滅，無法進(jìn)行高壓充電。

（2）故障排查。比亞迪唐車為混合動(dòng)力車型，針對(duì)車輛的應(yīng)急動(dòng)力系統(tǒng)需求，可采用添加汽油的方式來解決，所以作為混合動(dòng)力車輛，無需采用高壓直流快充模式來充電，該車的充電系統(tǒng)為慢充系統(tǒng)。

在車主反饋無法用充電槍對(duì)車輛進(jìn)行充電后，維修技師采用維修站的充電槍給車輛充電。將充電槍連接到車輛后，車輛儀表盤顯示充電槍連接完成，充電槍連接指示燈點(diǎn)亮，車輛充電信息在儀表上也有顯示，顯示當(dāng)前電池的SOC值及預(yù)計(jì)充電時(shí)間，但儀表指示燈點(diǎn)亮不到3s后熄滅，同時(shí)充電停止，說明車輛內(nèi)部的慢充系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

使用診斷儀連接車輛，啟動(dòng)診斷系統(tǒng)，讀出車輛當(dāng)前存在的故障信息：“霍爾電流傳感器故障”。更換霍爾電流傳感器，啟動(dòng)車輛并清除故障碼。再次檢查，確認(rèn)車輛故障排除。

（3）故障分析。霍爾電流傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器，霍爾傳感器損壞的原因可能是靜電或者浪涌，浪涌是發(fā)生在幾百萬分之一秒內(nèi)的一種劇烈脈沖，產(chǎn)生超過額定值的大電壓或電流。引起浪涌的原因可能為斷路或者電源切換，詢問車主得知，在發(fā)生故障前曾反復(fù)拔插充電槍，極可能造成浪涌，導(dǎo)致霍爾傳感器損壞。

5 結(jié)語

新能源汽車的維修過程相比傳統(tǒng)汽車，安全要求更高，需要確保場(chǎng)地、人員和設(shè)備的安全后才可以進(jìn)行操作；高壓系統(tǒng)在進(jìn)行充電時(shí)，需要對(duì)高壓線路及相關(guān)控制器進(jìn)行檢測(cè)，防止在接通高壓電的過程中產(chǎn)生危險(xiǎn)，所以在出現(xiàn)無法充電的故障時(shí)，要對(duì)充電流程進(jìn)行檢查，合理利用診斷儀讀取故障代碼和數(shù)據(jù)流來輔助維修，檢修過程需要嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行，不可隨意拆卸零部件，否則可能影響零件的故障原因分析和后續(xù)索賠。