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        基于電動汽車充電系統(tǒng)的幾點分析

        2021-04-09 05:50:35劉忠明
        時代汽車 2021年6期

        劉忠明

        摘 要:隨著《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》等相關(guān)文件的出臺,進(jìn)一步表明國家對加速發(fā)展電動汽車這一行業(yè)的決心,充電系統(tǒng)是電動汽車核心技術(shù)之一,它能夠把外部的電能通過化學(xué)反應(yīng)的方式儲存在電池內(nèi)部,以備車輛使用,而往往充電時間主要取決于充電機功率的大小,功率越大充電時間越短反之俞長。本文主要以比亞迪E5車型為對象,分別從充電系統(tǒng)的構(gòu)成、充電槍電子鎖、慢充控制策略、充電失效幾個方面進(jìn)行簡要闡述分析,以供學(xué)習(xí)參考使用。

        關(guān)鍵詞:電動汽車 充電系統(tǒng) 比亞迪E5

        1 充電系統(tǒng)的構(gòu)成

        1.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)成

        純電動汽車的充電系統(tǒng)主要由車外的充電設(shè)施及車上的車載充電兩大部分組成,車外部分主要包含直、交流充電樁,充電線束,充電槍以及隨車充電寶組成,而車載充電裝置主要由直、交流充電口、車載充電機OBC、高壓分線盒、高壓線束、動力電池、電池管理系統(tǒng)BMS以及接觸器等組成。

        1.2 充電流程

        電動汽車充電方式可分成直流充電和交流充電兩種,常用的交流充電樁功率為3.5KW、7KW,而直流充電樁功率為高達(dá)30KW-120KW,兩者的充電流程也各有所異。如圖1圖中主正、主負(fù)繼電器位于動力電池包內(nèi)。預(yù)充接觸器,直、交流充電接觸器,主接觸器位于高壓電控總成箱內(nèi),它們均由BMS控制,當(dāng)車輛進(jìn)行快速充電時,充電電流流徑:充電樁→快充口→直流充電接觸器+→正極繼電器→動力電池→負(fù)極接觸器→直流充電接觸器-→充電口→充電樁。慢充充電電流流徑:充電樁→慢充口→車載充電機OBC→熔斷器→正極接觸器→動力電池→負(fù)極接觸器→OBC→慢充口→充電樁。

        2 充電槍電子鎖

        2.1 電子鎖機械原理

        充電電子鎖是為防止充電過程中充電槍意外松動、脫落造成觸電、車輛財產(chǎn)安全隱患,而在充電前必須鎖止的一道堡壘。圖2為慢充系統(tǒng)電子鎖的結(jié)構(gòu)構(gòu)成,電子鎖主要由鎖舌、鎖槽、鎖銷幾個部分構(gòu)成,當(dāng)進(jìn)行交流充電時,工作人員需要按下充電槍上的按鈕,按鈕與鎖舌采用的是機械聯(lián)動方式,當(dāng)充電按鈕被按壓時鎖舌將向上偏移打開,此時可以輕松將充電槍插入慢充口中,當(dāng)松開手后鎖舌正好落入鎖槽內(nèi),同時檢測到充電槍時鎖止電機運轉(zhuǎn),鎖銷伸出壓住鎖舌,此時充電槍處于鎖止?fàn)顟B(tài),只有按下鑰匙解鎖鍵或拉動機械解鎖開關(guān)時,促使鎖銷復(fù)位方能按壓按鈕取出充電槍。

        2.2 電氣原理

        如圖3所示,比亞迪e5的的充電槍電子鎖由BCM模塊管控,當(dāng)電控總成通過到CC、CP信號確認(rèn)充電槍已經(jīng)連接后,通過硬線B28(A)-12∽G2R-17將充電連接信號傳遞給BCM模塊,接收到充電信號后,BCM將供給電子鎖B53(B)-3→B53(B)-4的短暫鎖止電流,同理如果是車輛完成充電或接收到遙控解鎖信號時,BCM則提供B53(B)-4→B53(B)-3的解鎖電流,電子鎖上還設(shè)有B53(B)-5的檢測端子通過閉、開鎖兩種狀態(tài)分別向BMS反饋高、低電平信號。

        3 慢充控制策略

        交流充電的時間長達(dá)8-10h之久,但是這種充電方式對電池的容量損耗、性能、壽命等影響均小,小電流還有利于電池充電均衡的進(jìn)行,鋰離子電池的充電可分成涓流、恒流、恒壓、終止四個階段,由于電池需要適宜的工作環(huán)境溫度,所以在充電過程中可能會啟動相關(guān)的熱管理管控,交流充電主要經(jīng)歷以下幾個環(huán)節(jié)(圖4):

        (1)CC充電連接確認(rèn)。cc主要通過檢測點3的電壓變化來判別充電槍的連接狀態(tài), 車輛控制裝置、RC、R4、S3、PE構(gòu)成了cc回路,通過cc能識別充電槍三種連接狀態(tài)方式,當(dāng)處于未連接時檢測點3采集的是電路的開路電壓,當(dāng)處于半連接狀態(tài)時,采集的是R3+R4兩端電壓,當(dāng)處于全連接時,s3閉合,R4短接,采集的是Rc端的電壓信號。此外通過cc回路中的R4阻值大小還能識別充電槍的閾值電流,根據(jù)GB/T 18487.1-2015《電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 一般要求》可查得1.5KΩ對應(yīng)10A,680Ω對應(yīng)15A,220Ω對應(yīng)32A,100Ω對應(yīng)63A。

        (2)CP充電控制確認(rèn)。供電控制裝置、R1、D1、R3、R2、S2、PE構(gòu)成了CP回路,其中R1標(biāo)稱值為1000Ω,R2標(biāo)稱值為1300Ω,R3標(biāo)稱值為2740Ω,D1二極管的管壓降為0.7V,CP同樣兼具雙重功能,一是確定充電槍的連接狀態(tài),當(dāng)檢測點1檢測到的電壓從開路的12V變成9V時,代表充電槍已經(jīng)連接,接下來開關(guān)S1切換到幅值為12V的PWM信號源,檢測點2檢測到幅值為9v的PWM信號后對車載充電系統(tǒng)進(jìn)行自檢,滿足充電要求時驅(qū)動S2閉合,監(jiān)測點1檢測到回路信號拉低成6v時且自檢正常后接通K1、K2向車載充電機供電,二是根據(jù)PWM信號10%≤D≤85% IMAX=D*100*0.6可以獲取充電樁的最大供電電流,并與充電槍閾值電流、車載充電機極限輸出電流比較,取最小值儲存在OBC內(nèi)作為本次最大允許充電電流。

        (3)充電過程管控。充電過程是車載充電機、VTOG、BMS、VCU等多模塊相互協(xié)同工作的結(jié)果,BMS會實時發(fā)送電池電壓、電量、溫度信息,OBC會發(fā)送當(dāng)前的充電電壓電流信息,同時檢測點2不間斷采集PWM信號,當(dāng)占空比發(fā)生變化時,OBC調(diào)整實時輸出功率,充電設(shè)備又可以將監(jiān)測的下游電流反應(yīng)在PWM信號上,形成一個閉環(huán)反饋回路。

        (4)充電停止。當(dāng)OBC通過CAN總線獲悉電池充滿電時,切斷S2,CP回路信號上拉至9V,S1切回12V處于待機狀態(tài),超過3s若s2無動作則斷開K1、K2結(jié)束充電。

        4 充電失效

        導(dǎo)致車輛無法正常充電的因素是錯綜復(fù)雜的,在對充電系統(tǒng)進(jìn)行故障排查時,為了便于檢修,應(yīng)先保證車輛能夠正常上電運行的基礎(chǔ)上結(jié)合儀表現(xiàn)象與檢測工具進(jìn)行分析,以下為車輛能Ready的情況下分幾點進(jìn)行探討。

        (1)插槍儀表無反應(yīng)。車輛能ready代表車輛高壓系統(tǒng)、儀表等低壓供電及CAN網(wǎng)絡(luò)正常,且相關(guān)雙路電繼電器正常,造成車輛儀表無法喚醒的因素最有可能是CC、CP回路信號失真,此時需要驗證回路的電壓、電阻是否異常,同時需要檢查充電口、VTOG等插接件處的針腳是否出現(xiàn)退針、松動造成接觸不良的現(xiàn)象。

        (2)儀表能點亮但不能充電。可以通過借助解碼儀讀到充電口溫度傳感器、車載充電機相關(guān)故障代碼,但如果是VTOG到OBC、BMS之間的的硬線喚醒線路故障、車載充電機熔斷器被熔斷等是讀不到故障代碼的,此時需要結(jié)合數(shù)據(jù)流作進(jìn)一步分析,同時還可以采用啟動車輛下充電的方式對BMS無喚醒懷疑對象進(jìn)行排查。

        (3)充電過程中跳槍。出現(xiàn)此種問題往往是動力電池不均衡所致,可以通過解碼儀讀取單體壓差信息、系統(tǒng)電池電壓,比對是否存在儀表電量虛標(biāo)需重新標(biāo)定以及車載充電機程序亂碼均可導(dǎo)致跳槍現(xiàn)象。

        5 結(jié)束語

        隨著電池技術(shù)不斷改善提升,將來有望采用功率更大,效率更高的充電設(shè)備進(jìn)行充電,特別是如果電動車融入超級電容、飛輪電池等技術(shù)后,將大大縮短充電時間,實現(xiàn)高效能的無線充電將是未來充電技術(shù)的主流方向,鑒于筆者經(jīng)驗有限,以上分析難免有謬誤請多多指教。

        參考文獻(xiàn):

        [1]閆云敬.電動汽車充電系統(tǒng)故障診斷及檢修[J].汽車實用技術(shù),2020(06):13-15.

        [2]弋國鵬,魏建平.電動汽車控制系統(tǒng)及檢修[M].北京:機械工業(yè)出版社,2020.4.

        [3]GB/T 18487.1‐2015《電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 一般要求》.

        [4]比亞迪5AEV-18款-電器原理圖冊.

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