北汽新能源汽車快充系統(tǒng)功能臺的開發(fā)與應(yīng)用

蔣小健

（常州交通技師學(xué)院，江蘇常州，213147）

1 快充系統(tǒng)功能臺的基本組成和基本原理

1.1 功能臺的基本組成

北汽新能源汽車快充功能臺的結(jié)構(gòu)在新能源車系中最具代表性。功能臺主要有快充接口、快充線束、高壓控制盒、高低壓互鎖信號線路、充電線、電池管理系統(tǒng)、整車控制器、動力電池模組等裝置組成。

1.2 功能臺的基本原理

快充接口：快充口一般位于發(fā)動機(jī)艙蓋前方車標(biāo)內(nèi)部，用于與充電線連接，當(dāng)快充口蓋板打開時，儀表充電指示燈應(yīng)常亮；當(dāng)關(guān)閉快充口蓋板時儀表充電指示燈應(yīng)熄滅。如果快充口蓋板出現(xiàn)問題，車輛無法正常啟動。

快充線束：快充線束是連接快充口到高壓控制盒之間的線束，快充線束一端連接車輛的充電口，另一端分成三支線束，分成別為接高壓控制盒的高壓線束和整車低壓線束，接車身搭鐵的搭鐵線束。

高壓控制盒：高壓控制盒是完成動力電池電源輸出的輸出及分配，實現(xiàn)對支路用電器的保護(hù)及切斷。

高低壓互鎖信號線路：互鎖電路的作用是檢測高壓線束的連接情況，當(dāng)某個高壓插件未插到位，動力電池則切斷高壓電源。

（1）整車在高壓供電前確保整個高壓系統(tǒng)的完整性，使高壓處于一個封閉的環(huán)境下工作，提高安全性。

（2）當(dāng)整車在運行過程中高壓系統(tǒng)回路斷開或者完整性受到破壞的時候，需要啟動安全防護(hù)。

（3）防止帶電插拔高壓插接器給高壓端子造成的拉弧損壞。

電池管理系統(tǒng)BMS：通過電壓、電流、溫度傳感器、采集動力電池組的串聯(lián)模塊電壓、溫度、總電壓和總電流，控制動力電池組的充放電，監(jiān)控動力電池的狀態(tài)，防止電池出現(xiàn)過充電、過放電，延長動力電池的使用壽命。同時還是作為動力電池和整車控制器以及駕駛?cè)藴贤ǖ臉蛄海⑾蛘嚳刂破魃蠄髣恿﹄姵叵到y(tǒng)的基本參數(shù)、剩余電量及故障信息。

整車控制器：整車控制器相當(dāng)于電動汽車的“大腦”，控制電動汽車的所有部件，主要功能有駕駛員的意識識別和控制模式的判斷，整車故障的判別和處理，外圍相連驅(qū)動模塊的管理，電動汽車輔助系統(tǒng)的控制。

2 快充系統(tǒng)功能臺的制作

2.1 快充系統(tǒng)功能臺研制的目的

我思考設(shè)計、開發(fā)、制作的北汽新能源汽車快充系統(tǒng)功能臺，考慮到之前的傳統(tǒng)汽車沒有充電接口，汽車結(jié)構(gòu)上發(fā)生了很大的變化，在整車上檢測比較繁瑣，整車上只能對新能源汽車快充系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的認(rèn)知。為了能夠讓學(xué)生更形象地理解掌握新能源快充系統(tǒng)，現(xiàn)在的設(shè)計將快充系統(tǒng)與相關(guān)電路結(jié)合在一起，讓學(xué)生對新能源汽車快充電路進(jìn)行線路連接、原理學(xué)習(xí)、電路檢查的實習(xí)。通過對慢充系統(tǒng)故障的診斷與分析來掌握快充系統(tǒng)的原理，因此考慮研制一臺北汽新能源快充系統(tǒng)功能臺。

考慮到充電輸出是高壓直流電，為了避免危險，串聯(lián)了16 個單體電池并安裝在功能臺上，同時還設(shè)置了一些典型的故障，達(dá)到舉一反三的目的。在北汽新能源快充功能臺上制作了故障測量端子，在測試中可直接在面板上進(jìn)行操作，既減少對接插件的損耗，又提高了測量速度。慢充系統(tǒng)功能臺故障設(shè)置上能設(shè)置短路、斷路和模擬信號故障，使新能源汽車專業(yè)理論教學(xué)實行教學(xué)現(xiàn)場化、慢充系統(tǒng)故障診斷原理化。

2.2 快充系統(tǒng)功能臺研制的過程

對快充系統(tǒng)功能臺各系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)原理與功能進(jìn)行研制，其中包括：查閱相關(guān)技術(shù)資料，對快充系統(tǒng)各部件進(jìn)行布置，為制作功能臺做好各方面的前期準(zhǔn)備工作。制作過程中力求達(dá)到實用、耐用及美觀，降低使用成本。動力電池的選用、功能臺設(shè)計、線路設(shè)計力求科學(xué)合理。制作小組多次討論研究制作方案，制作過程應(yīng)力求細(xì)致無誤。高壓線路的采購按照國家標(biāo)準(zhǔn)，保證高壓與功能臺的絕緣性。設(shè)計制作過程如圖1 所示。

圖1 快充系統(tǒng)功能臺制作框圖

2.3 快充系統(tǒng)功能臺研制中擬解決的關(guān)鍵問題

在研制過程中出現(xiàn)了很多問題，經(jīng)過綜合分析以后，在以下幾個方面進(jìn)行重點考慮研制：如何設(shè)計快充系統(tǒng)控制面板，快充系統(tǒng)部件的布置應(yīng)達(dá)到合理性。使功能臺的功能具有實用性、耐用性，外觀具有美觀性。將北汽新能源汽車原有的快充系統(tǒng)線束都運用到功能臺中，達(dá)到布線的合理性、連線的簡潔性。檢測端子的實用性、耐用性，動力電池數(shù)量減少，以確保安全性。

3 快充系統(tǒng)功能臺的基本功能

快充功能臺夠生動形象地反映電動汽車快充充電的工作過程，并且在快充功能臺控制面板的電路圖中，經(jīng)過制作的測量端子，能夠直接測量各快充系統(tǒng)電路上的參數(shù)。同時在快充系統(tǒng)功能臺上，通過顯示的數(shù)據(jù)和儀表的指示，能夠直接反映功能臺是否在充電。學(xué)生能更直觀的在功能臺上操作，減少了各線束插頭的插拔，降低了線束的損壞。

快充系統(tǒng)功能臺制作完成后，可以直觀的觀察快充各故障現(xiàn)象。可以方便快捷地用診斷工具檢測，讀出其工作時的參數(shù)。使學(xué)生能夠真正完成理論——實踐——理論的學(xué)習(xí)過程，體現(xiàn)教學(xué)過程的直觀性和有效性。

學(xué)生可以直接在快充系統(tǒng)功能臺上進(jìn)行故障檢測，我們可以斷開某條線路的連接——設(shè)置斷路故障；也可以接地——設(shè)置短路故障；或者模擬相應(yīng)的信號接入電阻，代替接觸不良的信號——設(shè)置模擬信號。

快充系統(tǒng)功能臺裝復(fù)后，通過快充充電時的檢查，可進(jìn)行快充系統(tǒng)原理、故障設(shè)置與排除、快充工作時性能的檢測等綜合操作教學(xué)與培訓(xùn)；該功能臺運用于各種理論和實習(xí)教學(xué)，不僅能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動手操作能力，增強實車感，提高教學(xué)質(zhì)量，還為專業(yè)教師提供專業(yè)知識技能研究的平臺[4]。

4 功能臺在教學(xué)實踐中的運用實例

4.1 試驗臺架在教學(xué)實踐中的運用

由于整個快充系統(tǒng)都安裝在本功能臺上，所以非常清晰的觀察到故障現(xiàn)象，并可更直觀的排查故障原因，使理實一體化教學(xué)簡單化。而實際維修過程中，很難判斷慢充線路的故障，特別是當(dāng)快充系統(tǒng)出現(xiàn)接觸不良時尤其困難。

4.2 北汽快充系統(tǒng)充電條件

結(jié)合動力電池相關(guān)知識以及快充原理圖可以得出，快充系統(tǒng)完成正常充電需要滿足以下條件：充電連接確認(rèn)信號CC1,CC2 正常。BMS 供電電源12V 正常。充電喚醒信號12V輸出正常。充電樁，整車控制器，BMS 之間通信正常。5℃<動力電池電芯溫度<45℃。單體電池最高電壓與最低電壓差<300mV。單體電池最高溫度與最低溫度差<15℃。絕緣性能>500Ω/1V。實際單體最高電壓不大于額定單體電壓0.4V。高、低壓電路連接正常，遠(yuǎn)程控制開關(guān)關(guān)閉狀態(tài)。

4.3 北汽快充系統(tǒng)常見故障排除

4.3.1 常見故障

（1）快充充電樁與車輛無法通信 快充充電樁與車輛無法通信的主要原因有喚醒線路熔絲損壞，搭鐵點搭鐵不良，快充搶 快充口 快充線束 低壓電器盒 整車控制器 動力電池低壓控制插件等部件的低壓輔助電源針腳 鏈接確認(rèn)針腳 快充CAN 針腳等損壞，退針 銹蝕，動力電池和數(shù)據(jù)采集終端快充CAN 總線間電阻不符合。

（2）快充樁與車輛通信正常但無法充電電流 快充樁與車輛通信正常但無法充電電流的主要原因有高壓控制盒快充繼電器線路熔絲損壞 主熔絲損壞 低壓控制盒損壞 高壓控制盒損壞 快充線束損壞 動力電池BMS 快充喚醒失常。

4.3.2 故障排除思路

排除“快充樁與車輛無法通信”故障，首先檢查線路連接情況，然后檢查快充系統(tǒng)各部件低壓輔助電源 連接確認(rèn)信號 快充CAN 線路等針腳情況以及電壓 電阻等是否符合要求。排除“快充樁與車輛通信 正常無充電電流”故障時，顯然沒有了低壓通信的問題，應(yīng)該查高壓供電線路的熔絲 線束 繼電器等有無問題，檢查動力電池與高壓控制盒連接插件的電壓，檢查動力電池BMS 快充喚醒信號是否正常，檢查高壓控制盒快充連接端子電壓是否正常，有電壓則聯(lián)系動力電池廠家售后對動力電池檢測，無電壓則更換高壓控制。

4.3.3 “快充樁與車輛無法通信”的故障排除

以北汽電動汽車為例，“快充樁與車輛無法通信”的故障思路如下：

（1）檢查快充樁與快充口連接是否良好檢查車輛快充口有無燒蝕和銹蝕現(xiàn)象；快充口PE 端與車身搭鐵是否導(dǎo)通﹙標(biāo)準(zhǔn)組織為0.5Ω 以下﹚；快充口CC1 與PE 之間的阻值是否符合要求阻值應(yīng)為（1000±50）Ω。

（2）檢測充電喚醒信號是否正常 如未喚醒可能是喚醒線路熔絲FB27 損壞 快充口及快充線束損壞 低壓電器盒損壞，應(yīng)逐步檢查熔絲電阻、熔絲電壓(12V)；快充口A+與快充線束A+、低壓電器盒A5 是否導(dǎo)通，如不導(dǎo)通，更換或維修。

（3）檢查車輛端連接曲兒信號是否正常 如快充喚醒線及相關(guān)線束都正常，車輛仍然不能通信連接，則對車輛端連接確認(rèn)信號進(jìn)行檢測。可能是快充口及快充線束損壞 車輛控制器針腳損壞，動力電池低壓控制器插件損壞，應(yīng)逐步檢查快充口CC2 與快充線束CC2 整車控制器插件17 針是否導(dǎo)通，檢查快充口S-與快充線束整車低壓線束S-是否導(dǎo)通；檢查快充口S+與快充線束整車低壓線束插件S+是否導(dǎo)通；如不導(dǎo)通，更換或者維修；檢查快充線束S+與S-之間的阻值應(yīng)為(60±5)Ω；檢查快充線束整車低壓線束插件S-與動力電池低壓插件T 針及數(shù)據(jù)采集終端插件2 針是否導(dǎo)通，阻值應(yīng)小于0.5Ω；檢查快充線束整車低壓線束插件S+與動力電池插件S 針及數(shù)據(jù)采集終端插件1 針是否導(dǎo)通，阻值應(yīng)小于0.5Ω；斷開快充線束與數(shù)據(jù)終端和動力電池低壓插件，檢查快充線束整車低壓線束插件S+與S-之間的阻值應(yīng)為無窮大，分別檢查動力電池和數(shù)據(jù)采集終端快充CAN 總線間的電阻，應(yīng)該都為120Ω，若不是，應(yīng)更換或維修，檢查快充線束整車低壓線束插件A-與車身搭鐵是否導(dǎo)通，若不導(dǎo)通，應(yīng)更換或維修[5]。

5 結(jié)束語

北汽新能源汽車快充系統(tǒng)功能臺的研制與開發(fā)，使快充系統(tǒng)原理不再是教學(xué)的難點。實現(xiàn)了新能源汽車原理教學(xué)的突破，使快充系統(tǒng)故障診斷原理化，學(xué)生可直觀的觀察快充各故障的實際現(xiàn)象，感性和理性認(rèn)識得到統(tǒng)一，為維修企業(yè)提供培訓(xùn)平臺，解決維修操作中的實際問題。