新能源汽車便攜式充電槍充電原理及常見問題解析

羅婷劼　劉港

摘 要：本文介紹了新能源汽車便攜式充電槍的結構及使用其充電時的充電控制原理，在對充電控制過程進行詳細分析的基礎上，解析了新能源汽車在日常慢充操作中常見的疑問，為新能源汽車的使用者和售后維修技術人員提供了有效的參考。

關鍵詞：新能源汽車 便攜式充電槍 充電原理

絕大多數純電動汽車都會配有隨車的便攜式充電槍，以方便車主通過220V市電對汽車進行充電，這種充電方式屬于交流慢充充電。新能源汽車慢充系統使用220V單相交流電作為供電電源，通過車載充電機，將交流電變換為高壓直流電給動力電池進行供電[1]，其電流路徑是：220V市電插座→便攜式充電槍→車輛交流充電口→車載充電機→動力電池。本文僅針對便攜式充電槍部分，分析其結構和充電原理，并據此解答在其使用過程中常見的問題，給用車者和售后維修技術人員提供一份參考。

1 便攜式充電槍的結構

便攜式充電槍主要由充電槍槍頭、高壓充電線、纜上控制盒、220V三相插頭組成，槍頭上通常有防止充電時槍頭從車上充電口脫落的機械鎖鎖扣和解鎖按鍵，如圖1所示。

新能源汽車交流充電口是7孔結構，如圖2所示，對應每個端子的定義如表1所示。大部分充電槍是有機械鎖和電子鎖的，按下槍頭的機械鎖按鍵，機械鎖扣便會被抬起，將槍頭插到位后，松開機械鎖按鍵，槍頭的機械鎖扣便會卡進車上充電口的機械鎖槽，確保充電槍不會脫落。用車鑰匙關閉車門（鎖車）后，便會啟動充電槍電子鎖，此時由電磁開關控制的電子鎖銷向外伸出，插入電子鎖孔，抵在機械鎖扣上方，使得機械鎖扣無法從機械鎖槽中脫出，此時充電槍時無法從充電口中拔出的。按下車鑰匙的解鎖鍵后，電子鎖鎖銷退出鎖孔，此時按下機械鎖鍵，機械鎖扣才能從鎖槽中退出，才能拔出充電槍。因此，電子鎖的存在是為了防止在充電過程中，充電槍被惡意拔出，但沒有充電槍電子鎖的車輛則不具備這個功能。

2 使用便攜式充電槍充電的控制原理

三相插頭插入220V插座，供電控制裝置中的檢測點4通過插頭上的接地端子檢測到插座地線（檢測點4接地，電壓降低），此時S1開關打到+12的位置，充電槍CP與PE間電壓為12V左右。接地的目的是漏電保護，目前絕大多數便攜式充電槍是具備漏電保護功能的，只有少數早期車型的充電槍無此功能。具備漏電保護功能的充電槍必須插入有地線的插座（檢測點4檢測到地線，電壓降低）才能正常工作，否則不能正常充電。

S3為充電槍上的機械鎖按鍵，它是一個常閉開關，不按機械鎖按鍵時，S3閉合，R4被短路，按下機械鎖按鍵時，S3斷開，RC與R4串聯。

在充電槍沒有插入車上交流充電口之前，充電口的CC與PE間始終有5V左右的電壓，即沒有插槍時，車輛控制裝置中的檢測點3的電壓為5V左右。當按下機械鎖開關將充電槍插入車上充電口的過程中，槍端的PE端子先與充電口的PE端子接觸，并與車身接地（搭鐵），然后槍端的CC端子與充電口的CC孔接觸，檢測點3通過RC、R4與車身地接通，電壓被這兩個電阻拉低到U1，車輛控制裝置由此判斷充電槍此時為半接觸狀態;同時，槍端的CP端子也與充電口的CP孔半接觸，供電控制裝置通過檢測點1→接觸的CP端子→R3與車身相連，檢測點1的電壓被拉低，以此控制開關S1由+12撥到PWM位置，供電控制裝置向車輛控制裝置提供脈沖信號，路徑為：供電控制裝置PWM端→S1→R1→CP→D1→檢測點2→車輛控制裝置，充電設備進入準備就緒狀態。

當充電槍插到位后，松開機械鎖按鍵，S3閉合，R4被短路，此時連接到CC和PE端的電阻只剩下RC，電阻變小，檢測點3的電壓由U1變成U2，車輛控制裝置由此判斷充電槍已插好，并通過車載網絡（CAN網）確認動力電池的充電需求、動力電池無故障、車載充電機無故障后，閉合S2繼電器開關，表示車輛已準備就緒，請求充電。

S2閉合后，R2并入R3電路，檢測點1的脈沖信號發生改變，供電控制裝置據此確認車輛已準備就緒，控制K1、K2閉合，給車輛端供電，見圖3。

3 新能源汽車慢充常見問題解析

3.1 使用便攜式充電槍無法充電。

（1）插座無地線，充電系統進入漏電保護模式，K1、K2斷開，導致無法充電。判斷方法：一是通過纜上控制盒的報警燈閃爍方式判斷（詳見汽車使用手冊）;二是將三相插頭插入220V插座，用萬用表測量充電槍槍頭CP端與PE端是否有12V左右的電壓（交流？直流？），若有則插座有地線，反之則無。

（2）S3開關損壞，無法閉合。檢測點3始終檢測到的是RC+R4阻值，始終判斷充電槍沒插好（半接觸狀態），無法發送充電準備就緒信號。判斷方法：斷電狀態下，用萬用表檢測充電槍CC端與PE端電阻，按下機械鎖止按鍵前后的阻值不同為正常，反之則S3開關損壞。

3.2 用不同的充電槍給同一款車輛充電，充電速度一樣嗎

答案是有可能會不一樣。

決定充電槍充電速度的關鍵是RC電阻，其阻值決定了充電槍能向車輛輸出多大充電電流。如表2所示為不同品牌/類型充電槍的RC電阻（未按下機械鎖止按鈕時，CC端與PE端電阻）及其輸出額定電流統計表。

由表可知，使用不同的充電槍給同一款車輛充電，充電速度是否一樣取決于RC電阻阻值是否一樣。

3.3 用相同的充電槍給不同車型充電，充電速度一樣嗎

答案同樣是有可能不一樣。

因為充電槍的輸出額定電流不等于實際的最大充電電流，實際最大充電電流還與車載充電機的功率、動力電池的狀況等因素有關。例如用表2中慢充樁給車輛充電，雖然慢充樁的輸出額定電流有32A，但是如果車輛的車載充電機功率不夠大，承受不了這么大的充電電流，則實際的最大充電電流會小于32A。

4 結語

引起新能源汽車交流充電故障的原因有很多，除了要考慮充電槍上線路的故障，還要要考慮車上與充電相關的線路故障，只要有任一線路存在故障，充電系統都將無法正常給動力電池充電[2]。而不管是新能源汽車維修技術的求學者還是維修人員，在排故之前，都應該將系統控制原理了解清楚，才能準確的分析出故障原因，快速查找到故障點。

參考文獻：

[1]能源汽車技術原理與維修（13）—新能源汽車充電系統原理與故障診斷.

[2]淺談新能源汽車充電系統及其故障分析.