全新奧迪e-tron 充電系統淺析

張海松

（浙江機電職業技術學院， 浙江 杭州 310053）

1 充電系統結構

全新奧迪e-tron充電系統主要由蓄電池充電蓋模塊、高壓充電系統操縱單元、高壓蓄電池充電系統充電插座、電池充電器、高壓蓄電池開關盒SX6等組成。

1.1 充電蓋模塊

根據裝備情況以及市場情況，奧迪e-tron車型安裝位置有駕駛員側（FS） 或副駕駛員側（BFS） 形式，配備有高壓蓄電池充電插座，或者是兩側都配備有高壓蓄電池充電插座。充電插座位于前輪后面的充電蓋模塊后面（翼子板的空隙處），如圖1駕駛員側充電蓋模塊位置結構。該充電模塊的作用涵蓋開關充電蓋板打開與上鎖、充電狀態預警等功能。

圖1 駕駛員側充電蓋模塊位置結構

在車輛解鎖的情況下，按壓蓄電池充電按鍵模塊EX32上的按鍵或者蓄電池充電按鍵模塊2 EX40上的按鍵，充電蓋模塊的蓋板就會向下運動打開蓋板。

在車輛未解鎖時，如果裝備有便捷鑰匙且便捷鑰匙就在充電單元附近，不必給車輛解鎖，蓋板模塊按鍵充電蓋直接打開自動向下運動，進行充電操作。

操作一側護蓋按鍵，另一側開啟的護蓋將自動關閉，不允許兩側同時充電。

因驅動單元故障而導致無法以電動方式打開充電蓋模塊，可以給充電蓋應急開鎖。如圖2所示，要小心地拉動相關充電側前艙內蓋板下的紅色拉環，隨后就可以通過手動方式把充電蓋向下推，手動打開蓋板。

在充電時，充電顯示作為LED模塊集成在充電蓋模塊內了，會顯示充電各個狀態。如圖3所示。

圖3顯示面板上各個符號燈不同狀態，代表不同的含義，充電蓋模塊處有各種顯示的說明，見表1。

圖2 充電蓋模塊應急拉環位置

1.2 高壓充電系統操縱單元

全新奧迪e-tron車上配備的是第2代奧迪e-tron充電系統，有2種插座：一種是家用插座連接在交流電網上的，最大充電功率1.8kW（8A）；一種是工業插座在交流電網上的，最大充電功率11kW （48A，單相或三相），如圖4所示。

圖3 充電蓋模塊LED顯示

表1 充電單元LED指示燈含義

圖4 高壓充電系統

當奧迪e-tron充電系統連接到交流電網上時，該操縱單元就被激活與高壓蓄電池充電器1 AX4通過觸點CP和PE用PWM-信號來進行通信，這時內部接觸器是脫開的，車輛充電插頭上無電流通，只有在充電過程中接觸器才會接合。

要想連接到車上，該操縱單元還需要接上充電電纜（該電纜各國是不同的），每個連接電纜（該電纜各國是不同的）都配有家用插頭和工業插頭。

在連接好后，可以進行充電功率設置，一般充電功率可設置為50%，也可把充電功率提升至100%，設置后可一直保持到從電網上斷開操縱單元為止。

操縱單元通過LED來表示識別出的故障。可使用車輛診斷儀和適配器VAS 611009來查找故障。

1.3 高壓蓄電池充電系統充電插座

全新奧迪e-tron汽車在國內版的充電插座有2種：一種是China DC 高壓蓄電池充電系統充電插座1 UX4，如圖5所示；一種是China AC 充電系統充電插座2 UX5，如圖6所示。

圖5 （DC） 高壓蓄電池充電系統充電插座1 UX4

圖6 （AC） 充電系統充電插座2 UX5

China DC 高壓蓄電池充電系統充電插座1 UX4用直流（DC） 給高壓蓄電池充電。充電樁和高壓蓄電池充電器1 AX4之間的通信通過通信觸點來進行。

China AC 充電系統充電插座2 UX5用交流 （AC） 來給高壓蓄電池充電。充電樁和高壓蓄電池充電器1 AX4之間的通信通過觸點CP和PE來進行。

1.4 高壓蓄電池充電器

全新奧迪e-tron有2個高壓蓄電池充電器1 AX4和高壓蓄電池充電器2 AX5，如圖7所示。2個充電器安裝在車輛前部，在前部電驅動裝置電機的前上方。充電器2是選裝的，充電功率為22kW。

內部的高壓蓄電池充電器控制單元J1050和高壓蓄電池充電器控制單元2 J1239連接在混合動力CAN總線上。高壓蓄電池充電器控制單元J1050是主控制器，高壓蓄電池充電器控制單元2 J1239是從控制器。與奧迪e-tron充電系統或者充電樁的通信通過CP和PE接口用PWM信號或者動力線通信來進行。在通過China-DC充電插座用直流電來充電時，采用CAN總線來與充電樁通信。

高壓蓄電池充電器內部3個整流器將操縱單元或充電樁上的交流電壓轉成直流電壓用于給高壓蓄電池1 AX2充電。每個整流器的最大工作能力為16A。充電電流分配取決于實際的充電電流。傳輸是通過線圈感應 （電流隔離） 實現的。因此，交流網與車上高壓系統之間沒有導線連接。充電器連接在高壓蓄電池開關盒SX6上。充電電流通過開關盒內的一個熔斷絲輸送到高壓蓄電池，采用冷卻液循環來冷卻。在直流充電時，整流器不工作，充電器通過一根等電位線與車身相連，中間電路電容器會被動放電。

圖7 高壓蓄電池充電器

2 充電系統的充電模式

1） 模式1：插座＋充電單元＋車（圖8）。

圖8 充電模式1

這種模式需使用奧迪隨車充電系統直接連接家用或工業三孔插座，AC交流充電流較小，對電池傷害較小，連接好后，車輛通過充電單元來與充電電源相連，同時車輛和充電系統單元之間進行通信，充電單元會監控故障電流并具備漏電保護功能。

2） 模式2：交流充電樁+車（圖9）。

圖9 充電模式2

這種模式用交流 （AC） 充電，充電流較小，對電池傷害較小。提供的充電電纜可以是1相、2相或者3相，充電功率有3.6kW、7.2kW、11kW、22kW，連接好后車輛和充電樁之間進行通信，進行監控故障電流并具備漏電保護功能。

3） 模式3：直流充電樁+車（圖10）。

圖10 充電模式3

這種充電樁用直流 （DC） 充電，相對交流模式電流較大，電流較大對電池有損壞，一般電流優先值：80A、125A、200A、250A，連接后汽車與充電樁進行通信，監控故障電流并具備漏電保護功能。

3 全新奧迪e-tron充電過程

全新奧迪e-tron高壓蓄電池充電可用交流（AC） 或者直流 （DC） 來給高壓蓄電池充電，如圖11所示。在全新奧迪e-tron車上充電插座上的交流接口（AC） 連接在高壓蓄電池充電器上，充電時在充電器內交流轉換為直流，并通過開關盒輸入到高壓蓄電池內。在直流接口 （DC） 連接在開關盒上，直流電就直接輸入到高壓蓄電池內。

3.1 交流（AC） 充電過程

充電器 （AX4） 的充電功率是11kW，2個充電器加一起（AX4和AX5） 的充電功率是22kW，充電流程如圖12所示。

圖11 充電流程

圖12 交流 （AC） 充電

插上車輛的充電插頭時，車輛首先通過觸點PE與電源的搭鐵線（保護線） 相連。隨后觸點PP接觸上，充電器通過觸點PE和PP之間的電阻識別出插頭并拉緊駐車制動器，L相與零線接觸上。最后，觸點CP接觸上，電源與車輛之間通過PWM信號進行通信，充電插頭也被鎖定。通信成功后，高壓系統就被激活開始充電，模塊上的LED呈綠色在跳動。車上的充電器按照蓄電池調節控制單元J840預設參數將交流（AC） 轉換為直流，高壓蓄電池充電器通過溫度傳感器來監控充電插座的溫度，溫度較高時會逐漸降低充電電流，直至中止充電過程。溫度降下時會逐漸提高充電電流，所以整個充電過程中電壓大小和電流大小始終在調整中。同時電源會將電流強度信息告知蓄電池調節控制單元J840，蓄電池調節控制單元J840控制充電器的充電電壓和充電電流、監控充電過程并更新這些規定值。當充電過程結束了，高壓蓄電池內的接觸器就脫開。

如果LED呈黃色亮起，說明沒有識別出有電的電源。如果LED沒亮起，說明沒有識別出插頭。

3.2 直流（DC） 充電過程

直流 （DC） 充電，高壓蓄電池直接與電源相連，如圖13所示。通過蓄電池調節控制單元J840來適配充電電壓和充電電流。全新奧迪e-tron車輛方面的充電功率受高壓蓄電池限制，最大150kW。

當插上車輛的充電插頭時，車輛首先通過觸點PE與電源的搭鐵線（保護線） 相連。隨后是觸點PP接觸上，充電器通過觸點PE和PP之間的電阻識別出插頭并拉緊駐車制動器，DC+和DC-接觸上，接著觸點CP接觸上，電源與車輛之間通過CAN總線通信，充電插頭被鎖定。通信成功后，高壓系統被激活，直流接觸器接合，充電開始，模塊上的LED呈綠色在跳動。

圖13 直流 （DC） 充電

同時電源會將大電壓和電流信息發給充電器，然后高壓充電器控制單元J1050與蓄電池調節控制單元J840通信，蓄電池調節控制單元J840規定充電器的充電電壓和充電電流、監控充電過程并更新這些規定值，在直流充電過程中高壓充電器只起到通信作用。

當充電過程結束后，直流充電接觸器和高壓蓄電池內的接觸器脫開。

如果LED呈黃色亮起，說明沒有識別出有電的電源。如果LED沒亮起，說明沒有識別出插頭。

4 注意事項

1） 首先充電前要保證車子已掛入P擋，已拉緊駐車制動器，已終止行駛狀態，進入充電準備就緒狀態。

2） 在交流充電過程中不得將充電電纜從插座或汽車充電接口中拔出，充電完成后請先解鎖中斷充電，然后再從插座中拔出充電，否則會形成火星，損壞插頭觸點。

3） 奧迪充電系統只能在-30~50℃的溫度范圍內使用。

4） 固定安裝的充電電纜最大長度不得超過30m。

5） 如果高壓蓄電池是新的或者長時間未充電，則可能需要經過多次充電后才能達到最大充電電量。

6） 如果較長時間未使用車輛，則最遲在4個月之后應對高壓蓄電池進行充電 （充電目標50%），否則可能導致高電壓蓄電池損壞。

7） 絕對不要在汽車的交流和直流充電接口上同時充電。

8） 全新奧迪e-tron汽車，在充電時一定要注意，在高壓蓄電池正在充電時、駐車空調正在工作時和高壓蓄電池正在給12V蓄電池補充電量時，會進入自主工作狀態高壓系統處于激活狀態，高壓部件都帶電。

課題項目：

1） 浙江省高等教育 “十三五” 第二批教學改革研究項目 “互聯網+智能” 時代下新能源汽車專業課程新三教改革與探索 （jg20190766）。

2） A-0154-17-314-汽車電路分析與檢測實訓指導書。

3） A-0152-19-312-新能源汽車CAN總線網絡故障檢修。