纯电动汽车交流无法充电故障诊断分析

陈元浪 骆海燕

摘要：随着汽车行业的不断发展，汽车使用量越来越大，但全球的石油能源面临着开采严重并供不应求的危机，而且汽车尾气产生的二氧化碳是造成全球变暖的主要原因。而纯电动的出现节约石油能源同时保护了环境，所以纯电动汽车是未来汽车行业发展的主要趋势。但是电动汽车从充电开始到充电结束整个过程相当的复杂，结合了许多领域的先进技术进行了无数次的实验才得以完成电动车的充电系统。目前使用最广泛的充电系统就是交流充电系统。

关键词：纯电动汽车;交流;充电

引言：纯电动汽车相较于内燃机汽车有许多优点而被越来越多的人认可，电动汽车采用电驱动，在行驶的同时不会产出废气污染环境，它产生的噪音极低，使用电源的成本要比使用石油的成本低得多，不用像燃动汽车一样需要定期保养。但是纯电动汽车的内部结构和内燃机汽车的内部结构有很多不同的地方，也就造成了电动汽车在故障诊断方面出现了很大的困难，特别是电动汽车交流充电出现故障时，需要遵循由简单到复杂的排除诊断，做好故障分析。

1纯电动汽车交流充电和直流充电的区别

所有的电动车都面临着充电的问题，交流充电的最大功率只有7千瓦，造成交流电充电速度就会较慢，而直流充电的最大功率可以达到44千瓦，所以直流充电相较于交流充电的充电速度快得多，快充和慢充在充电系统中都有自己的优缺点，所以交流电充和直流电充谁都代替不了谁的位置，根据各自的特点应用于电动汽车的充电系统中。

1.1交流充电的优缺点

优点：在充电的过程中可以确保所有的电芯都能够充满电，因为是在峰谷时间段充电所有充电使用的成本也相对较低。而且使用慢充的充电过程中将电池的损伤程度降至最小 ，相较于快充可以大大的延长电动汽车的使用寿命。

缺点：充电时间较长，充电完成大约时间为8个小时

1.2直流充电的优缺点

优点：直流充电的速度非常快，可以利用40分钟的时间就能充满电，相较于交流充电，这样就极大地缩短了充电过程中需要等待的时间，在出远门或急需用车时，使用直流充电方便了人们的生活。

缺点：由于锂电池的耐高温性能较差，如果使用电流大且不恒压的快充时，会使电池组的电池温度过高，如果长期进行直流快速充电，会使电池致热失效，而且当温度过高时会使锂电池中的锂离子逐渐减少，电池的使用寿命就会随着电池容量的不断减小而逐渐缩短。

2交流充电系统的基本组成

2.1. 交流充电桩

充电桩的作用是为新能源电动车提供交流电力来源的专用供电设备。充电桩包括单相充交流电桩和三相直流充电桩，单相交流充电桩主要适用于小型的纯电动车或可插电混合动力电动汽车充电需求，由于它的最大额定功率只有7千瓦造成汽车充满电的时间需要4-9个小时。

交流充电桩相较于直流充电桩虽然充电较慢，但是由于内部结构相较于直流充电桩简单得多， 所以成本也会更少性价比较高，这就使得交流充电桩更受到人们的追捧。交流充电桩对变压器的负荷量不会影响正常供电，施工起来也不困难，大多数的小区只需要简单的改造就能完成电动汽车的充电需求，所以一些老旧的小区也可以安装交流充电桩。

2.2.车辆的充电接口

由于每个国家的电网系统不同，所以每个国家或地区会根据当地的电网情况而制定相应的充电连接器和电流的要求。在中国地区全部采用7芯结构交流充电器的接口，以单相交流充电为主三相交流充电为辅的充电方式。

2.3.交流充电机

车载充电机在是由交流充电桩供电，主要采用高频开关电源技术奖公共电网，输入220伏的交流电能转换为车载储能装置。主要包括主电路、控制电路、线束和标准件，主电路的前端主要由全桥电路和PFC电路构成，将220伏的交流电通过整流滤波转换为电压恒定的直流电能，实现AC-DC变换，主电路后端主要由LLC电路组成。通过功率变换器将前端输出的高压直流电能变换成适当的电压及电流供给动力电池，实现DC-DC变换，控制电路主要控制MOS管的开关，与BMS之间通讯，监测充电机状态、与充电桩握手等功能，结束及标准件用于电路及控制电路的连接，固定元器件及电路板，车载充电机采用风冷方式，防护等级IP66。

3交流充电的基本工作原理

当充电枪与电动的汽车充电接口连接后，12伏的低压可以激活使整個电动汽车的控制系统和电池的管理系统等低压部件。电池的管理系统会先检测到电池的电量状态 然后将检测到的信息车载充电机，车载充电器接收到电池电量的信号后，会闭合电池的相关继电器，电动汽车开始正常充电。车载充电器内有变压装置，可以将交流充电桩的220伏电压变为电池所需要的交流电，在先后经过整流器和滤波电路进行整流整形后，再到达稳压二极管形成平稳的直流波形，再进行输出。当车载充电机检测到电池管理系统发出的充电已满的信号时，就会断开电池的继电器。

4交流充电的过程

在电动汽车充电的过程中电池的质量有很高的要求，否则在电压过高的情况会出现电池爆炸的现象。所以在刚开始充电时要求引入电流值不能太大，逐渐通过小电流刺激电池内的化学成分，当蓄电池的化学物品化学反应完成将电能转化为化学能时，就可以加大充电的电流值来进行的充电，当电流达到18安培的恒定电流时，如果电压充电达到400伏，充电器会接收到信号自动将恒定电流值调节至18安培以下，这样电压就不能进入稳定的阶段。然后继续充电，当电压又一次到达400伏时，充电器会再一次自动将恒定电流值低于18安培，这样反复的充电，到最后电流值很小，电池充满后，充电器会自动关闭。

5交流不能充电的故障表现

车辆充电出现问题的表现主要是电动汽车READY出现问题，仪表有充电连接信号但无法充电，电动汽车车仪表盘没有显示车辆充电口和充电枪连接，电动汽车仪表盘可以显示车辆已经开始充电但是充电流入的电流数值特别小。造成电动汽车没有正常充电的原因有很多，其中主要包括电动汽车的充电设备出现问题、电动汽车的VCU出现问题、电动汽车内的电池损坏不能充电和通讯系统出现故障

5.1车辆的充电装备出现问题：电动汽车需要不断的利用外部充电设备与汽车连接来进行充电，而用来充电的设备主要有专门用于电动汽车充电的充电桩，其次如果小区附近没有充电桩也可以利用家用插座来给电动汽车充电，若是当使用充电桩来给电动汽车充电时发现不能电动汽车无法正常充电，那么可能是充电桩本身出现问题、充电桩与充电枪的连接线出现损毁或者是充电枪不能进行充电。如果电动汽车充电时连接的是220伏的家用插座出现了电动汽车不能正常充电的现象，那么可能出现的问题包括家用插座本身已经故障、家用插座与充电枪之间的连接线出现了破损等问题和充电枪本事就已经损坏而不能充电。

5.2电动汽车的VCU出现问题：当电动汽车进行充电时，VCU会接收到电动汽车的充电接口和充电枪连接准备开始充电的信号和确认电动汽车进行充电的信号，在VCU确认连接后才能继续进行信号的传输，所以如果VCU出现问题，充电信息将会中断无法传输信号，会造成电动汽车在充电过程中因信号传输中断而不能进行正常的充电。使电动汽车VCU不能正常工作的原因主要有VCU没有上电、VCU的通讯系统出现损坏和VCU本身已经损坏。

5.3电动汽车内的电池出现问题：电池作为电能的储存设备，为电动汽车的行驶提供源动力，是充电系统中非常重要的一部分，在电动汽车充电的过程中将接收的电能转化成化学能储蓄起来。所以如果电动汽车的电池出现问题同样会造成电动汽车的充电故障，造成电池不能正常工作的原因有很多，主要的原因有BMS系统某部位出现了问题、电池的交口处出现故障、电池内部的传感器出现损坏或者是电池本身的硬件出现损坏造成电池不能充电。

5.4电动汽车的通讯系统出现问题：电动汽车是通过总线进行通讯的，所以当电动汽车的通讯系统出现问题时，系统没有识别到充电信号，就不会对电动汽车进行充电。

6交流不能充电的故障分析

以仪表没有充电连接的信号和仪表有充电显示但是无法充电两个例子来分析交流不能充电的现象

6.1仪表没有充电连接的信号

当发现电动汽车充电时仪表没有充电的连接信号，先要排出电动汽车的绝缘故障引起的，如果没有问题，再检查是否是电动汽车的充电装备出现了问题。例如，如果是用220伏的家用插座进行供电，可以使用修车灯来测试是否是插座出現问题，若修车灯可以正常开启，证明插座是正常的，如果不能正常打开修车灯，则是插座出现了问题，及时更换插座即可。

在确定家用插座没有问题后，就需要检测交流充电枪是否正常。在我国交流充电枪是采用7芯的充电系统，7芯分别对应着CC信号端子、充电控制确认信号端子、火线端子、零线端子、接地端子和两个备用端子。它的工作原理：当交流充电枪正常接入到220伏的电压后，CC信号端子的电压会达到12伏，充电枪的外部有一个蓝色的按钮，这时候如果按下这个按钮，CC信号端子的电压就会同时变为0伏。在交流充电枪正常接入220伏的电压后，充电控制确认信号端子的电压值在正常情况下不会超过2伏，当交流充电枪再连接到电动汽车的充电接口后，就会发现充电控制确认信号端子的压力会立刻上涨，正常情况下压力值要达到8伏以上。交流充电枪在和电动汽车上的充电接口连接以前，火线端子和零线端子电压都是处于0伏的状态。接地端子在电压接入的前后都是处于无压的状态。根据端子的电压情况，可以检测出充电枪是否能正常工作。若是充电枪出现的问题，及时更换即可。

如果充电枪也是正常的状态，就需要再检测是不是车载充电机出现问题导致电动汽车无法正常充电，先要检查车载充电机的power灯和run灯是否都亮起，在正常情况下灯都是显示为绿色。如果车载充电机的灯显示异常就是车载充电机的出现故障。在确保车载充电器也是正常的情况下，再检查是不是低压电池馈电的原因导致电动汽车不能正常充电，若还是不能正常充电就要检查VCU是不是出现了损坏。在确定VCU无异常后就要检查BMS系统是否故障或电池内部是否出现问题。

6.2仪表有充电连接信号但无法充电

电动汽车的充电接口与交流充电枪连接之后，电动汽车的仪表盘上会显示汽车充电已经连接，而且所有指示灯都正常亮起，但是未能听到在充电的过程中会发出车载充电机的散热风扇旋转的声音，电动汽车的仪表盘显示充电枪与汽车充电接口充电连接，但是没有找到充电已经成功的相关显示，这就证明电动汽车并不能正常的充电。当电动汽车启动时各个部位都没有异常，电池可以以高压状态为电动汽车传输电量，仪表上的所有指标显示正常，可以确定不是电池、高压互锁线路和高压系统发生故障。可以通过诊断仪检测对空单元是否出现故障代码储存，若检测后正常则表明控制单元没有问题，那么极有可能是交流充电系统出现了问题。

可以通过交流充电系统的工作原理来检测到电动汽车不能正常充电的原因，交流充电控制引导电路的连接线可能出现故障，供应电力的控制装置系统也极有可能出现问题，或者是车辆的充电装置发生故障。当电动汽车充电接口与交流充电枪连接时，开关会切换成PWM的信号状态，供电控制装置会实时检测电压值得变化情况，从而能做到时刻评估充电连接装置的连接状态。电动汽车控制装置通过实时监测PWM的信号，能够全方位地评估供电设备的实际能力，从而确保充电连接装置是处于正常连接的状态。

结束语

总而言之，我国的可持续发展政策的实施，电动汽车在汽车行业会占有越来越重要的位置，充电系统是保障电动汽车在未来能够顺利发展的基础，交流充电有直流充电而无法替代的优点。所以了解交流充电的原理，并能通过原理排查出充电不正常的原因，是电动汽车发展的新的里程碑。

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注： 本文为2020年广西高校中青年教师基础能力提升项目《纯电动汽车交流充电系统的研究与实践》，项目编号：2020KY44020