BYD 2018 款E5 充电系统工作原理与检修
2021-11-08王文涛温炜坚赖浩奇黄建龙
王文涛 ， 温炜坚 ， 汪 俊 ， 赖浩奇 ， 黄建龙
（1.广州城市职业学院机电工程系， 广东 广州 510405；2.广州理工学院机电工程学院， 广东 广州 510540）
当前，新一代信息网络、新能源、新材料等技术与汽车产业相互融合，驱动产业生态深刻变革，汽车产业生态和竞争格局面临重构，近些年来新能源汽车的产销量与保有量快速增长。该类车辆在使用过程中充电故障出现的概率较大。为此，本文详细介绍2018款BYD E5纯电动汽车充电系统的结构、工作原理及故障排除方法，对于广大车主、电动汽车从业人员具有较为现实的工程意义。
1 BYD E5充电系统的组成
1.1 充电方式
目前多数电动汽车的充电系统主要为交流充电和高压直流充电两种充电方法。
1）交流充电方法主要是通过家用插头和交流充电桩将外部交流电引入交流充电口，然后通过车载充电器将家用220V交流电转换成直流高压给动力电池充电。此类方法充电电压相对较低，充电时间长，充电装置相对便宜，主要用于普通家用充电。
2）高压直流充电主要通过专用充电站的充电柜，将750V高压直流电通过直流充电口向动力电池充电。该类方法具有充电速度快、充电电压高、充电装置比较大等特点，主要用于专用充电站。
1.2 充电系统的基本组成
如图1、图2所示，E5充电系统由直流充电系统和交流充电系统组成。二者主要由交流充电口、直流充电口、动力电池包、高压电控总成、电池管理器BMS、车身控制模块、直流充电继电器、线束等组成。
图1 E5交流充电系统基本组成
图2 E5直流充电系统基本组成
1）交流充电口
交流充电口用于连接外界交流充电电源，位于车辆的散热栅格内，其外观结构如图3所示，端子定义如图4所示。该交流充电口共有7端子，分别为：CC、CP、PE、N、L、NC1、NC2。
图3 车辆交流插座实物
图4 车辆交流插座端子定义
L：交流电源相线，其额定电流为16A或32A。
N：交流电源中性线，其额定电流为16A或32A。
PE：设备搭铁保护脚，用于连接车辆底盘搭铁线和供电设备搭铁线。
CC：连接确认端子，用于确认充电线路是否与车辆插座已充分连接，通过测量内部检测点电压予以确认。当检测点电压为9V时，L、N的额定电流为16A；当检测点电压为6V时，L、N的额定电流为32A；若检测点电压为12V则为断开连接。
CP：控制确认端子。车辆控制装置通过判断 CP端子输入PWM （占空比）信号的占空比，确认供电设备当前能提供的最大充电电流值。
NC1、NC2为预留端子。
2）直流充电口
直流充电口用于引进外部直流充电电源或驳接其他车辆供电。其实物如图5所示，各引脚如图6所示。各引脚的含义如下：DC+：直流充电正极；DC-：直流充电负极；A+：低压辅助电流正极；A-：低压辅助电流极；CC1：连接确认端子，车身接地 （1kΩ±30Ω）；CC2：连接确认端子，直流充电感应信号；S+：通信线，CAN （H）；S-：通信线，CAN（L）；PE：搭铁线。
图5 车辆直流插座
图6 车辆直流插座引脚定义
3）动力电池包 （PBP）
动力电池包 （Propulsion Battery Packs）由2个或2个以上单体电池所组成。在E5所使用的动力电池包中，共计100个单体电池串联成一个330V标准电压的电池包，该电池包中通常具有温度传感器、电压传感器、电流传感器以及水冷却系统。
4）高压电控总成 （HVECA）
高压电控总成 （High Voltage Electric Control Assembly）为如图7所示的“四合一”集中控制盒，其集成了电机控制器、高压配电箱 （PDU，Power Distribution Unit）、DCDC和车载充电机等，具有电机控制、高压电源分配、高压直流转变低压直流以及车载充电等功能。
图7 高压电控制总成
5）电池管理系统BMS
电池管理系统 （BMS，Battery Management System）可实现对电池物理参数实时监测，电池状态估计，在线诊断与预警，充、放电与预充控制，均衡管理和热管理等。
6）直流充电继电器 （K3-1）
受直流充电口充电枪控制，用于接通直流充电电源。
1.3 充电系统控制原理
1）交流慢充
交流充电的连接界面如图8所示。在充电连接过程中，首先连接保护搭铁触头，最后连接控制确认触头；在脱开的过程中，首先断开控制确认触头，最后断开保护搭铁触头。出于安全考虑，充电口在交流充电时的各端子连接先后顺序为：PE→L→CC。
图8 交流充电连接界面
2018款比亚迪E5交流慢充电路图如图9所示，信号传递路径如图1所示。
图9 交流充电电路
首先，高压电控总成通过交流充电口采集CC （线路连接确认信号，通过获取监测点电压：断开12V、针对不同的充电模式正常连接为6V或9V）、CP信号 （控制确认信号），通过获取该端口的PWM （占空比）、充电枪温度信号。然后，将CC、CP、充电枪温度信号传递至车身控制模块BCM，依据3个信号BCM控制IG3继电器工作；同时高压电控总成将充电连接确认信号传递至BMS。最后，BMS通过电池子网CAN获取电池温度、电压等数据流。
2）直流快充
直流充电的连接界面如图10所示，直流充电口各端子连接与脱离顺序为：PE→DC+ →CC，断开连接时各端子连接顺序相反。
图10 直流充电连接界面
2018款比亚迪E5直流快充电路图如图11所示，信号传递路径如图2所示。
图11 直流充电口电路
首先，通过直流充电枪连接直流充电继电器向高压电池包供电。进而，直流充电口将CC2、充电强温度等信号通过充电CAN总线传递至BMS。最终，动力电池包通过电池子网CAN总线将电池温度、电压等信号传递至BMS。
2 充电系统故障诊断流程
2.1 故障症状
2018款DYD E5汽车充电系统故障通常没有故障代码输出，但可通过解码器读取其数据流初步估计是哪个系统有故障，再逐步进行故障排除。E5车辆无法充电主要故障现象分为：快/慢充均无法充电、直流快冲无法充电、交流慢充无法充电，其故障现象与可能故障部位统计如表1所示。
表1 故障统计表
2.2 无法充电诊断思路
2.2.1 快充、慢充均无法充电
交流充电与直流充电均无法充电，则说明其公共部分出现故障。通过分析图1、图2可知其公共部分为：动力电池包、BMS或电池子网CAN总线。该故障诊断思路如图12所示。
图12 快慢均无法充电
1）连接解码器读取动力电池数据流。
2）若能进入BMS读取动力电池数据，则应更换动力电池；若无法进入BMS读取动力电池数据，则测量电池子网CAN总线的导通性。
3）若KXK51-12与KXK45 （C）-1、KXK51-13与KXK45（C）-8之间电阻值小于1Ω，则更换BMS；若KXK51-12与KXK45 （C）-1、KXK51-13与KXK45 （C）-8之间电阻值大于1Ω，则更换对应线束或插接器。
2.2.2 慢充均无法充电
该故障的诊断思路如图13所示。
图13 慢充均无法充电诊断流程
1）利用专用解码器读取CC、CP的数据流。若CC的电压、CP的PWM信号均为OK，则检查动力电池的技术参数。若动力电池参数NG （NG为No good）则需更换动力电池。若动力电池技术参数良好，则应更换BMS。若动力电池参数OK，则检测电池子网CAN的导通性，KXK51-4与KXK45（C）-1，KXK51-10与KXK45 （C）-8之间阻值均大于1Ω，则更换对 应 线 束 。 若KXK51-4 与KXK45 （C）-1， KXK51-10 与KXK45（C）-8之间阻值均小于1Ω，则更换BMS。
2）利用专用解码器读取CC、CP的数据流，若无法读取CC的电压、CP的PWM信号，则确认充电枪的连接情况。
3）若充电枪的连接NG，则重新连接。若充电枪的连接OK，则确认高压电控总成与交流充电口之间连接信号线的导通性。
4）若B53（B）-2与B28（A）-13、B53（B）-1与B28（A）-47之间电阻值均小于1Ω，则更换高电控总成；如B53 （B）-2与B28（A）-13、B53（B）-1与B28（A）-47之间电阻值均大于1Ω，则更换对应线束或连接器。
2.2.3 直流快充无法充电
该故障的诊断思路如图14所示。
图14 直流快充无法充电诊断流程
1）连接充电枪读取CC2连接状态数据，若无法读取到CC2连接数据，则检测直流充电口与BMS直流充电连接信号线之间的导通性。
2）若BK45（B）-4与B53（A）-3之间阻值小于1Ω，则更换直流充电口；若BK45 （B）-4与B53 （A）-3之间阻值大于1Ω，则更换对应线束或连接器。
3）连接充电枪读取CC2连接状态数据，若可有效读取到CC2连接状态数据，则检测充电网CAN总线的导通性。
4）若B53（A）-4与BK45（B）-20、B53（A）-5与BK45（B）-14之间电阻值大于1Ω，则更换对应线束或连接器；若B53（A）-4与BK45（B）-20、B53（A）-5与BK45（B）-14之间电阻值小于1Ω，则检测K3-1直流继电器及其线路的导通性。
5）若B53（A）-2对搭铁阻值正常，则考虑更换直流充电口；若B53 （A）-2对搭铁阻值不正常，则更换对应线束、继电器或连接器。
3 结束语
比亚迪E5车型更新换代快，不同年份车辆的配置差异大，电路的控制逻辑存在差异。本文以2018款比亚迪E5车型搭载的充电系统进行技术研究，首先论述该款车型充电系统的控制逻辑，进一步说明其结构特点，并就其直流快充与交流慢充均无法充电、仅直流快充无法充电、仅交流慢充无法充电3种充电故障现象设计了故障诊断流程，拟供同行参考。
