歐標電動汽車繼電器粘連故障檢測方案

【摘" 要】隨著電動汽車的普及，充電安全問題日益凸顯。車輛繼電器作為充電控制導引電路的關鍵組件，其可靠性直接影響到充電過程的穩定性和安全性。文章針對歐標電動汽車充電控制導引電路中繼電器粘連故障問題，分析其粘連原因、檢測方法及解決措施。通過結合試驗數據和案例分析，提出一套有效的車輛繼電器粘連故障檢測方案。該方案不僅能保障車輛免受損害，還顯著增強了電動汽車充電系統的安全性與可靠性。

【關鍵詞】電動汽車；繼電器；粘連故障；充電安全

中圖分類號：U469.72"""" 文獻標識碼：A""" 文章編號：1003-8639（2025）01-0035-03

Detection Scheme for Adhesion Faults of Relays in European Standard Electric Vehicles

SUN Tonglong，ZHANG Junyi，CHEN Lixue，ZHANG Meng，HUO Yibo

（CATARC New Energy Vehicle Test Center（Tianjin）Co.，Ltd.，Tianjin 300300，China）

【Abstract】With the popularity of electric vehicles，charging safety issues have become increasingly prominent. As a key component of the charging control guidance circuit，the reliability of vehicle relay directly affects the stability and safety of the charging process. In this paper，the reasons，detection methods and solutions of the relay adhesion fault in the guidance circuit of charging control of European standard electric vehicles are analyzed. By combining the test data and case analysis，an effective vehicle relay adhesion fault detection scheme is proposed，which can not only protect the vehicle from damage，but also significantly enhance the safety and reliability of electric vehicle charging system.

【Key words】electric vehicle；relay；adhesion faults；charging safety

0" 引言

在電動汽車充電時，控制導引電路的穩定性與充電安全及效率緊密相連。繼電器作為關鍵控制部件，其性能優劣直接左右著整個系統的運行狀況。近年來，繼電器粘連故障頻頻出現，這不僅干擾了充電進程的正常推進，還可能引發安全事故。故而，深入探究歐標電動汽車充電控制導引電路中繼電器粘連故障的成因、影響以及應對策略，具有極為關鍵的理論與應用價值。

1" 歐標直流充電控制導引電路

歐標電動汽車控制導引電路示意如圖1所示。

在該電路系統中，I_DC為直流電源輸出的電流測量值，V_DC為直流電源輸出接口處的電壓測量值。其中，DC+為直流電源的正極，DC-為直流電源的負極，PE為保護導線，PP為直流電源充電槍頭電阻，其阻值1500Ω。CP為控制導引信號，R_pe為預充電路電阻。而K1、K2是電動汽車供電設備電源輸出繼電器，K5、K6是車輛快充繼電器。

歐標直流充電流程分為連接檢測、初始化階段、預充狀態、正式充電和結束階段。

1）連接檢測。當車輛與充電設備開始連接時，CP電壓由+12V變為+9V，電子鎖上鎖。CP電壓為9VPWM波，占空比為5%。此階段進行絕緣檢測和插座溫度檢測，并建立電力線通信（Power Line Communication，PLC），以交換操作限制和充電參數。

2）初始化階段。車輛將CP狀態由9V變為6V，表示車輛已準備好。隨后進行車樁通信，通過ChargeParameterDiscoveryReuqest（充電參數發現請求）和ChargeParameterDiscoveryRes（充電參數發現響應）報文交換供電設備與車輛的最大充電能力信息。交換充電能力信息后再進行絕緣檢測。

3）預充階段。在預充狀態，車輛發送電壓、電流請求，電流請求小于2A。樁端主繼電器閉合后，電動汽車供電設備（Electric Vehiclesupply Equipment，EVSE）在公差范圍內調整直流輸出電壓，并將電流限制為最大值2A。根據IEC 61851-23中規定的要求，預充電過程EVSE充電電壓需與車輛電池電壓相匹配。當電動汽車閉合其繼電器時，電動汽車直流充電輸出電壓與電動汽車電池電壓之間的電壓差小于20V。當電池電壓與樁端輸出電壓壓差大于20V時，預充繼電器斷開。

4）正式充電。在正式充電階段，車輛發送充電請求以啟用直流電源輸出。在EVSE給出充電準備就緒的報文后，車端根據車樁充電能力請求充電電壓、電流開始正式充電。

5）結束階段。車樁任何一段都可以主動停止充電，由車端發送停止能量傳輸請求，樁端對其響應后，關閉電能傳輸，并在此之后結束通信。

2" 繼電器粘連故障常見原因分析

預充電階段車與樁之間的故障是造成車輛繼電器粘連的主要原因，通常故障情況有兩種。

1）異常占空比。在車輛已經接收Charge Parameter Discovery Request之后的任何時間點，如果車輛通信控制器（Electric Vehicle Communication Controller，EVCC）檢測出CP占空比不是正常范圍3%～7%，那么EVCC會立即切換CP狀態為9V，終止車樁通信并在應用層請求停止TCP連接。樁端檢測到異常占空比后，會將預充電壓降低到0V，若此時車輛未將車輛蓄電池電壓降低至0V，仍然閉合繼電器K5、K6，則繼電器兩端會存在巨大的電壓差，導致繼電器產生電火花，從而粘連無法打開。

2）充電槍連接異常。正常連接情況下的PP阻值為1500Ω，車輛應持續檢測PP電阻值。電動汽車供電設備檢測到異常后，通常會存在故障保護機制，將其輸出電壓降低。若車輛不對PP持續檢測，此時車輛閉合繼電器K5、K6同樣會有粘連風險。

3" 案例分析

測試過程中，測試系統執行正常充電程序，發送有效的PreChargeRequest報文，并設置PP電阻值為1500Ω。車輛回復PreChargeResponce報文，閉合電池內部繼電器，并根據電池實際電壓設定充電測試系統的目標電壓值。測試系統將電壓抬升至目標電壓后，PP阻值被設置為無效PP電阻值（480Ω）。預充電超時CP、占空比、電壓、電流波形示意如圖2所示。

無效阻值設定后，測試系統將電壓降低至0V。此時車應對PP電阻進行檢測，并識別為無效電阻值，隨后車輛應將電池電壓降低至0V，停止預充電過程。若此時車輛沒有執行此項操作，并且仍然閉合了充電口繼電器K5、K6，此時電池內部繼電器處于閉合狀態，充電口繼電器K5、K6閉合會導致繼電器兩端存在電壓差，電壓差會導致繼電器吸合而無法動作，導致預充電過程異常結束。測試結果顯示，車輛未識別異常PP電阻，并保持TCP連接與K5、K6閉合狀態，測試系統判定測試結果為Fail。預充電超時報錯信息如圖3所示。

4" 解決繼電器粘連故障的技術措施

充電過程中，車輛繼電器粘連的直接原因是繼電器兩端存在電壓差，導致這一故障的根本原因是車輛未對充電異常情況（CP占空比異常、PP電阻異常）持續進行監測。針對這類歐標電動汽車，本節設計了一種保護車輛繼電器安全的前提下繼電器粘連故障的測試方法。

測試系統采用Chroma歐標直流充電測試系統，其測試系統搭建如圖4所示。在預充電階段，車輛發送預充電請求后，測試系統按照車輛請求的目標電壓升壓。當測試系統電壓達到目標電壓值后，測試系統立即設置無效PP電阻為480Ω或將CP占空比調整到無效范圍，并保持電壓輸出。此時產生兩種狀態，詳見下文。

1）若車輛能夠對PP電阻和CP占空比進行持續監測，此時識別到無效PP電阻或占空比后，車輛則需由EVCC停止充電進程，立即切換CP狀態至9V，終止V2G通信，并斷開TCP連接。

2）車輛不能對PP電阻和CP占空比進行持續監測，車輛繼續充電流程。

根據以上兩種情況，可以對車輛實樁充電過程中的繼電器粘連故障進行預警。車輛處于狀態1）時，則車輛能夠持續監測異常環境，及時停止充電過程，并將電池電壓降低至0V。車輛處于狀態2）時，則車輛不能對異常持續監測，仍然能夠保持充電狀態，由此可判斷車輛繼電器K5、K6會照常閉合。占空比異常充電流程如圖5所示。

在該測試系統中，C1為充電電流，C3為CP信號，C4為充電電壓。測試系統起始于T0時刻，系統首先發送5%占空比，使得充電流程正常進行。至T1時刻，車輛閉合S2進行絕緣檢測，此時CP電壓為6V。在絕緣檢測完成后，車輛發送預充電請求，測試系統將電壓升高至664V，并在T2時刻將CP占空比設置為54%。當車輛檢測到異常占空比后，停止充電流程，同時打開S2。此時因為車輛K5、K6仍保持閉合，因此測試系統保持664V電壓，以保護車輛繼電器，待車輛完全停止充電流程并打開K5、K6后，再將電壓減低至0V。

5" 結論與展望

本文針對歐標電動汽車充電控制導引電路的繼電器粘連故障展開了深入剖析與探究，進而給出了頗具成效的解決方案以及預防策略。展望未來的研究方向，一方面需持續深入挖掘繼電器粘連故障的內在機理，積極探尋新型材料與技術來提升繼電器的性能表現與可靠程度；另一方面，智能監控系統的研發與應用也將為電動汽車充電安全開辟嶄新的技術支撐路徑，有力推動電動汽車充電技術領域的進一步發展與完善，為電動汽車的廣泛普及與安全使用奠定更為堅實的基礎。

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（編輯" 凌" 波）