純電動汽車交流充電過程分析及故障排除

董偉

摘要：當前，純電動汽車作為我國新能源汽車的主要技術發展方向，電動汽車充電技術作為正常行駛和推廣應用的重要組成部分，本文對交流慢充系統的組成和充電過程進行了介紹，并對交流充電系統常見故障的排除進行了分析。

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.

關鍵詞：純電動汽車;交流充電;過程分析;故障排除

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

0 ?引言

純電動汽車需要補充車載儲能設備的動力，這個過程稱為充電。電動汽車的充電過程需要應用到許多領域的技術和設備。交流充電系統一般是指將220V交流電引入交流充電樁，并通過充電電纜和充電槍與新能源汽車的交流充電接口相連的系統。車載充電器可以將外部交流電網的電轉換為直流電，為動力電池充電。與直流充電系統相比，交流充電系統將交流變直流系統集成到了車載充電機中。由于車載充電器工作功率小，常用的充電功率分別為3.3kW和6.6kW，因此充電時間較長。

1 ?交流慢充系統基本組成

交流慢充系統包括來自電網220V交流電、交流慢充樁、充電電纜及車端的交流充電接口和車載充電機等。

1.1 交流充電樁

電動汽車充電樁對于純電動汽車就像加油機對于汽車車一樣重要，交流充電樁一般由樁體、電氣模塊和計量模塊等組成。樁體包括外殼和人機交互界面;電氣模塊和計量模塊安裝在樁體內部，電氣模塊包塊充電插座、電纜轉接端子排和安全防護裝置等。交流充電樁的輸入端連接到輸入電源，輸出端通過交流充電接口連接至電動汽車。

交流充電樁經過一定的電壓和電流限制后向車載充電器供電，車載充電器經過交直流整流和穩壓后對動力電池充電[1]。由于車載充電器的功率收到限制，交流慢充功率一般在3-10kW范圍內。目前，各整車廠商的純電動和插電/增程混合動力汽車均配備了慢充接口，慢充接口也可以通過電纜安裝插頭直接連接到220V交流16A插座上。

1.2 車輛充電接口

由于不同國家和地區的電網系統不同，因此不同國家在各自的交流充電標準中對充電連接器電壓和電流有不同的要求[2]。IEC 62196-2《電動車輛傳導充電用插頭、插座、車輛連接器和車輛插孔第2部分：交流充電接口和附屬連接線路的尺寸互換性要求》包含有3種交流充電接口方案，其中Type1的主要為美國和日本支持，Type2的主要由德國支持，Type3的主要由意大利和法國支持。

中國標準規定的交流充電接口的總體布局最接近Type2。均采用7芯結構，以單相充電為主，并預留三相充電。目前，我國標準規定的最大交流電流只有32A，但實際充電采用的是220V/16A。交流充電端口是一個慢充接口，如圖1所示。

1.3 車載充電機

車載充電機也稱為交流充電機，車載充電機的整流等電能變換環節都在電動汽車內部完成，車外只需要一個交流輸入供電電源，但是，由于車內前機艙空間有限，其功率、體積和重量等都小于非車載充電機。

①車載充電機的組成：車載充電機主要由配電網輸入的單項220V或三相380V、頻率50Hz的交流電源供電，主電路一般包括二極管橋式不控整流電路、有源功率因數校正、LC濾波、高頻DC-DC斬波變換等組成部分。

②車載充電機的作用：把來自電網的單相或三相交流輸入電能變換成穩定、可控的直流輸出，并按一定的充電模式給動力電池組充電，車載充電機與DC-DC、高壓控制盒集成安裝在前機艙PDU內部[3]。

2 ?交流慢充系統充電過程

慢充系統中，首先將充電槍的車輛端接入位于車輛側后方的汽車慢充充電口、將充電樁端接入交流充電樁接口，或將接頭接入家里的市電插座。待各部件自檢完成后，即可合閘或開啟開關進行交流充電。

2.1 車載充電機的充電過程

①根據鋰離子電池的特點，充電器對電壓有嚴格的要求。如果電壓過高，電池會過度充電，甚至會爆炸。②充電剛開始，先要小電流對激活電池的活性，讓蓄電池內部化學反應充分建立起來，為后面的持續大電流充電做好準備。③之后進入18A恒流充電階段。當電壓充電至400V時，充電器降低恒定充電電流值，不進入電壓穩定階段。之后，它繼續檢測充電電壓。當電池電壓再次達到400V時，充電器再次降低充電電流。重復上述充電過程，直到充電電流很小，充電器認為電池已滿并關閉[4]。

2.2 充電過程分析

充電過程中，電池管理系統將電池組的充電電壓、充電電流等充電需求狀態告知充電機，充電機根據電池的充電需求，依據設定的策略輸出電壓電流值，對動力蓄電池進行充電，電路如圖2所示。

該電路控制供電裝置在實際的充電時，將充電槍連接到充電口之后，雖然這只是簡單的插一下充電槍的動作，實際上是要閉合電路中的S3開關。S3開關閉合以后，車載充電機會發出一個5V的電壓傳遞到充電樁上，這時候充電樁接收到5V電壓，說明槍連接良好。接下來充電樁上的S1開關會閉合，將12V的電源轉換成占空比信號，通過CP線路傳遞到車載充電機上，此時車載充電機會喚醒整車控制器，整車控制器喚醒之后會通知S2開關完成閉合，S2的閉合會讓車載充電機完成一個升壓和整流的過程，這時電壓通過占空比信號，傳遞給充電樁，閉合K1，K2，此時220V的交流電通過L線和N線傳遞到AC/DC轉換器上，將交流電轉換成高壓直流電，通過高壓控制盒，傳遞到動力電池，為動力電池充電，這是純電動汽車充電系統的控制電路圖。

交流慢充充電方式的充電過程對電池的性能及壽命有一定的影響，合理的充電方式對保護動力蓄電地的意義重大，按照動力蓄電池的最佳曲線充電會大大減少蓄電池的充電時間，并且會減小對電池造成的危害及對電池的壽命和容量的影響，目前，交流慢充充電方法包括恒流充電法、恒壓充電法和兩階段充電法3種[5]。在實際應用中應按照電池理論最佳充電曲線進行相應的充電策略和方式的界定，以保障電池的最住狀態和壽命。

3 ?交流慢充系統故障檢修

充電系統故障是新能源汽車故障檢修的主要內容之一。根據故障所處的系統，可分為充電設施故障和車載充電機故障。

3.1 交流充電樁日常巡檢

交流充電樁維護檢修，主要包括外觀檢測、電氣連接檢查及元件功能測試，具體檢修項目見表1。

3.2 車載充電機檢修

①作業前準備。設置安全隔離帶及安全警示牌;檢查并穿戴個人安全防護用具;檢查并調校設備儀器;檢查絕緣工具;實施車輛外部及內部三件套防護;檢測絕緣地墊的對地絕緣性能。

②車輛初步檢查。確認車輛停放位置合適并且車身穩定;確認手剎車已拉起;啟動車輛，確認擋位在“N”擋;檢查儀表盤的故障顯示燈是否亮起。

③確認充電系統故障。連接快充槍及慢充槍，確定充電系統故障情況;關閉啟動開關;再次啟動汽車并連接故障診斷儀，用診斷儀讀取故障碼;再次關閉啟動開關，并將車鑰匙在遠離汽車的位置妥善保管，填寫工單記錄相關信息。

④故障診斷與排除。根據檢查結果結合維修手冊和電路圖編寫故障排查順序;檢查并測量車輛交流慢充端口及線束;檢查并測量充電槍的充電端口;檢查并測量車輛快充端口及線束;檢查并測量充電槍的充電端口;根據測量值判斷故障點并排除故障。

⑤故障驗證，啟動車輛，看儀表盤是否出現“READY”燈，診斷儀讀取故障碼，清除故障碼。

⑥清潔場地，整理設備、工具、個人防護用具和場地警戒標識等。

4 ?結論

充電系統及其相關基礎設施是純電動汽車運行的必要支撐和保障，本文介紹了交流慢充系統主要部件的結構和作用，分析了交流充電的過程和原理，并闡述了交流充電的故障檢測的要點。

參考文獻：

[1]寇亮.淺談南昌紫陽大道充電站監控系統的應用[A].江西省電機工程學會.2012年江西省電機工程學會年會論文集[C].江西省電機工程學會：江西省電機工程學會，2012：3.

[2]孫雯.服從電網調度的電動汽車充放電裝置的設計[D].合肥工業大學，2013.

[3]李海洋.北汽EV160純電動汽車充電故障診斷與排除[J].汽車實用技術，2018（07）：157-159.

[4]胡海彬.電動汽車充電站功率控制策略研究[D].電子科技大學，2011.

[5]姚和平.鋰離子電池充電器設計[D].西安電子科技大學，2008.