北汽新能源汽车快充系统功能台的开发与应用

蒋小健

（常州交通技师学院，江苏常州，213147）

1 快充系统功能台的基本组成和基本原理

1.1 功能台的基本组成

北汽新能源汽车快充功能台的结构在新能源车系中最具代表性。功能台主要有快充接口、快充线束、高压控制盒、高低压互锁信号线路、充电线、电池管理系统、整车控制器、动力电池模组等装置组成。

1.2 功能台的基本原理

快充接口：快充口一般位于发动机舱盖前方车标内部，用于与充电线连接，当快充口盖板打开时，仪表充电指示灯应常亮；当关闭快充口盖板时仪表充电指示灯应熄灭。如果快充口盖板出现问题，车辆无法正常启动。

快充线束：快充线束是连接快充口到高压控制盒之间的线束，快充线束一端连接车辆的充电口，另一端分成三支线束，分成别为接高压控制盒的高压线束和整车低压线束，接车身搭铁的搭铁线束。

高压控制盒：高压控制盒是完成动力电池电源输出的输出及分配，实现对支路用电器的保护及切断。

高低压互锁信号线路：互锁电路的作用是检测高压线束的连接情况，当某个高压插件未插到位，动力电池则切断高压电源。

（1）整车在高压供电前确保整个高压系统的完整性，使高压处于一个封闭的环境下工作，提高安全性。

（2）当整车在运行过程中高压系统回路断开或者完整性受到破坏的时候，需要启动安全防护。

（3）防止带电插拔高压插接器给高压端子造成的拉弧损坏。

电池管理系统BMS：通过电压、电流、温度传感器、采集动力电池组的串联模块电压、温度、总电压和总电流，控制动力电池组的充放电，监控动力电池的状态，防止电池出现过充电、过放电，延长动力电池的使用寿命。同时还是作为动力电池和整车控制器以及驾驶人沟通的桥梁，并向整车控制器上报动力电池系统的基本参数、剩余电量及故障信息。

整车控制器：整车控制器相当于电动汽车的“大脑”，控制电动汽车的所有部件，主要功能有驾驶员的意识识别和控制模式的判断，整车故障的判别和处理，外围相连驱动模块的管理，电动汽车辅助系统的控制。

2 快充系统功能台的制作

2.1 快充系统功能台研制的目的

我思考设计、开发、制作的北汽新能源汽车快充系统功能台，考虑到之前的传统汽车没有充电接口，汽车结构上发生了很大的变化，在整车上检测比较繁琐，整车上只能对新能源汽车快充系统基本结构的认知。为了能够让学生更形象地理解掌握新能源快充系统，现在的设计将快充系统与相关电路结合在一起，让学生对新能源汽车快充电路进行线路连接、原理学习、电路检查的实习。通过对慢充系统故障的诊断与分析来掌握快充系统的原理，因此考虑研制一台北汽新能源快充系统功能台。

考虑到充电输出是高压直流电，为了避免危险，串联了16 个单体电池并安装在功能台上，同时还设置了一些典型的故障，达到举一反三的目的。在北汽新能源快充功能台上制作了故障测量端子，在测试中可直接在面板上进行操作，既减少对接插件的损耗，又提高了测量速度。慢充系统功能台故障设置上能设置短路、断路和模拟信号故障，使新能源汽车专业理论教学实行教学现场化、慢充系统故障诊断原理化。

2.2 快充系统功能台研制的过程

对快充系统功能台各系统的组成、结构原理与功能进行研制，其中包括：查阅相关技术资料，对快充系统各部件进行布置，为制作功能台做好各方面的前期准备工作。制作过程中力求达到实用、耐用及美观，降低使用成本。动力电池的选用、功能台设计、线路设计力求科学合理。制作小组多次讨论研究制作方案，制作过程应力求细致无误。高压线路的采购按照国家标准，保证高压与功能台的绝缘性。设计制作过程如图1 所示。

图1 快充系统功能台制作框图

2.3 快充系统功能台研制中拟解决的关键问题

在研制过程中出现了很多问题，经过综合分析以后，在以下几个方面进行重点考虑研制：如何设计快充系统控制面板，快充系统部件的布置应达到合理性。使功能台的功能具有实用性、耐用性，外观具有美观性。将北汽新能源汽车原有的快充系统线束都运用到功能台中，达到布线的合理性、连线的简洁性。检测端子的实用性、耐用性，动力电池数量减少，以确保安全性。

3 快充系统功能台的基本功能

快充功能台够生动形象地反映电动汽车快充充电的工作过程，并且在快充功能台控制面板的电路图中，经过制作的测量端子，能够直接测量各快充系统电路上的参数。同时在快充系统功能台上，通过显示的数据和仪表的指示，能够直接反映功能台是否在充电。学生能更直观的在功能台上操作，减少了各线束插头的插拔，降低了线束的损坏。

快充系统功能台制作完成后，可以直观的观察快充各故障现象。可以方便快捷地用诊断工具检测，读出其工作时的参数。使学生能够真正完成理论——实践——理论的学习过程，体现教学过程的直观性和有效性。

学生可以直接在快充系统功能台上进行故障检测，我们可以断开某条线路的连接——设置断路故障；也可以接地——设置短路故障；或者模拟相应的信号接入电阻，代替接触不良的信号——设置模拟信号。

快充系统功能台装复后，通过快充充电时的检查，可进行快充系统原理、故障设置与排除、快充工作时性能的检测等综合操作教学与培训；该功能台运用于各种理论和实习教学，不仅能提高学生的学习兴趣和动手操作能力，增强实车感，提高教学质量，还为专业教师提供专业知识技能研究的平台[4]。

4 功能台在教学实践中的运用实例

4.1 试验台架在教学实践中的运用

由于整个快充系统都安装在本功能台上，所以非常清晰的观察到故障现象，并可更直观的排查故障原因，使理实一体化教学简单化。而实际维修过程中，很难判断慢充线路的故障，特别是当快充系统出现接触不良时尤其困难。

4.2 北汽快充系统充电条件

结合动力电池相关知识以及快充原理图可以得出，快充系统完成正常充电需要满足以下条件：充电连接确认信号CC1,CC2 正常。BMS 供电电源12V 正常。充电唤醒信号12V输出正常。充电桩，整车控制器，BMS 之间通信正常。5℃<动力电池电芯温度<45℃。单体电池最高电压与最低电压差<300mV。单体电池最高温度与最低温度差<15℃。绝缘性能>500Ω/1V。实际单体最高电压不大于额定单体电压0.4V。高、低压电路连接正常，远程控制开关关闭状态。

4.3 北汽快充系统常见故障排除

4.3.1 常见故障

（1）快充充电桩与车辆无法通信 快充充电桩与车辆无法通信的主要原因有唤醒线路熔丝损坏，搭铁点搭铁不良，快充抢 快充口 快充线束 低压电器盒 整车控制器 动力电池低压控制插件等部件的低压辅助电源针脚 链接确认针脚 快充CAN 针脚等损坏，退针 锈蚀，动力电池和数据采集终端快充CAN 总线间电阻不符合。

（2）快充桩与车辆通信正常但无法充电电流 快充桩与车辆通信正常但无法充电电流的主要原因有高压控制盒快充继电器线路熔丝损坏 主熔丝损坏 低压控制盒损坏 高压控制盒损坏 快充线束损坏 动力电池BMS 快充唤醒失常。

4.3.2 故障排除思路

排除“快充桩与车辆无法通信”故障，首先检查线路连接情况，然后检查快充系统各部件低压辅助电源 连接确认信号 快充CAN 线路等针脚情况以及电压 电阻等是否符合要求。排除“快充桩与车辆通信 正常无充电电流”故障时，显然没有了低压通信的问题，应该查高压供电线路的熔丝 线束 继电器等有无问题，检查动力电池与高压控制盒连接插件的电压，检查动力电池BMS 快充唤醒信号是否正常，检查高压控制盒快充连接端子电压是否正常，有电压则联系动力电池厂家售后对动力电池检测，无电压则更换高压控制。

4.3.3 “快充桩与车辆无法通信”的故障排除

以北汽电动汽车为例，“快充桩与车辆无法通信”的故障思路如下：

（1）检查快充桩与快充口连接是否良好检查车辆快充口有无烧蚀和锈蚀现象；快充口PE 端与车身搭铁是否导通﹙标准组织为0.5Ω 以下﹚；快充口CC1 与PE 之间的阻值是否符合要求阻值应为（1000±50）Ω。

（2）检测充电唤醒信号是否正常 如未唤醒可能是唤醒线路熔丝FB27 损坏 快充口及快充线束损坏 低压电器盒损坏，应逐步检查熔丝电阻、熔丝电压(12V)；快充口A+与快充线束A+、低压电器盒A5 是否导通，如不导通，更换或维修。

（3）检查车辆端连接曲儿信号是否正常 如快充唤醒线及相关线束都正常，车辆仍然不能通信连接，则对车辆端连接确认信号进行检测。可能是快充口及快充线束损坏 车辆控制器针脚损坏，动力电池低压控制器插件损坏，应逐步检查快充口CC2 与快充线束CC2 整车控制器插件17 针是否导通，检查快充口S-与快充线束整车低压线束S-是否导通；检查快充口S+与快充线束整车低压线束插件S+是否导通；如不导通，更换或者维修；检查快充线束S+与S-之间的阻值应为(60±5)Ω；检查快充线束整车低压线束插件S-与动力电池低压插件T 针及数据采集终端插件2 针是否导通，阻值应小于0.5Ω；检查快充线束整车低压线束插件S+与动力电池插件S 针及数据采集终端插件1 针是否导通，阻值应小于0.5Ω；断开快充线束与数据终端和动力电池低压插件，检查快充线束整车低压线束插件S+与S-之间的阻值应为无穷大，分别检查动力电池和数据采集终端快充CAN 总线间的电阻，应该都为120Ω，若不是，应更换或维修，检查快充线束整车低压线束插件A-与车身搭铁是否导通，若不导通，应更换或维修[5]。

5 结束语

北汽新能源汽车快充系统功能台的研制与开发，使快充系统原理不再是教学的难点。实现了新能源汽车原理教学的突破，使快充系统故障诊断原理化，学生可直观的观察快充各故障的实际现象，感性和理性认识得到统一，为维修企业提供培训平台，解决维修操作中的实际问题。