电动汽车交流充电系统在新能源汽车技术专业中研究

黄锐锋

菏泽职业学院 山东省菏泽市 274000

近年来，随着社会环保意识的增强和能源问题的困扰，新能源汽车渐渐步入了人们的视野，已成为未来汽车发展的主流方向。我国对于新能源汽车发展的支持力度非常大。2019 年以来，为适应产业发展新形势，抢抓新机遇，工业和信息化部牵头，会同发展改革委等12 个部门研究编制了《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》。《规划》指出，要以习近平新时代中国特色社会主义思想为指引，坚持新发展理念，以深化供给侧结构性改革为主线，坚持电动化、网联化、智能化发展方向，以融合创新为重点，突破关键核心技术，推动我国新能源汽车产业高质量可持续发展，加快建设汽车强国。

随着电动汽车技术的日益成熟，国家开始投入大量的人力物力对电动汽车基础充电设施进行建设。2022 年1 月21 日，国家发展改革委等10 个部门发布《关于进一步提升电动汽车充电基础设施服务保障能力的实施意见》提出，到“十四五”末，我国电动汽车充电保障能力进一步提升，形成适度超前、布局均衡、智能高效的充电基础设施体系，能够满足超过2000 万辆电动汽车充电需求。在此背景下，本文基于新能源汽车技术专业对电动汽车交流充电设施进行研究具有很好的社会意义。

1 交流充电系统介绍

汽车充电系统包括交流充电系统和直流充电系统两类。交流充电是指用电网220V 交流电通过交流充电设备连接车辆给车辆充电，因用交流电给车辆充电所用时间较长，故又称慢充。

1.1 交流充电系统的结构组成

交流充电系统主要是由交流充电桩、高压线束、交流充电口、车载充电机、高压配电箱、动力电池包、电池管理系统等部件组成。

图1 交流充电桩

车载充电机由交流输入接口、功率单元、控制单元、直流输出接口等部分组成。车载充电机固定安装在电动汽车上，工作时将充电桩传递过来的交流电转换成直流电供给动力电池，并通过高速CAN 网络与电池BMS进行通信，判断电池连接状态是否正确，获得动力电池实时参数、及充电前和充电过程中整组和单体电池的实时数据。

1.2 交流充电接口的针脚含义

电动汽车充电时，需将交流充电桩充电枪与电动汽车交流充电接口进行连接。按照目前最新实施的标准GB/T18487.1—2015《电动汽车传导充电系统 第1 部分∶通用要求》规定，只有充电模式2、模式3 适用于交流充电。充电模式3 充电桩车侧的交流充电口与充电模式2 相同。

图2 交流充电枪端子

CC 端子：充电枪连接确认端子。CC 端子信号正常，就说明充电枪和车上的交流充电口连接没有问题，可以正常充电。可以通过对连接电路（接地）的检查来确定CC 能否接通，如果检查到接地即认为CC 已接通。

CP 端子:充电控制导引端子。该端子信号主要用于监控电动汽车和交流充电桩交互的功能。充电枪接入汽车前，CP 信号为12V 高电平。充电枪接入汽车后由于车载充电机中分压电阻的存在，CP 信号会跳变为9V；充电桩MCU 检测到CP 信号跳变为9V后，切换高电平输出为PWM 输出；PWM占空比表示充电桩最大输出电流；汽车确认充电信号，将切换车载充电机中分压电阻，使其信号跳变为6V；充电桩MCU 检测到CP 信号跳变为6V 后，主继电器合闸，开始为汽车充电。

L 端子：交流电源端子。CC 信号与CP信号正常以后，交流充电桩通过L 端子向电动汽车供交流电。

PE 端子：接地保护端子。N 端子：中线端子（零线）。

L1,L2 端子：备用端子。现在绝大多数是单相交流桩，三相交流输入只有一相。

目前，技术对调查的影响力还停留在第一现代性阶段，即技术之于调查工作更多体现为嵌入性而非控制性。调查人员对于技术的依赖性尚未达到诸如智能手机对人的控制程度。在多数时候，由于技术运用的诸多阻碍，调查人员并未真正和技术进行亲密接触，依然保持着技术的意识理性。但从长远来看，在完成技术嵌入后，不可避免地将进入自反性阶段。这就推导出一个不得不面对的图景：科技自反性该如何克服？在自反性现代阶段，不是人控制技术，而是人受技术的束缚与支配。人一刻也不能离开技术，否则思维就要重置。可以想象的场景是，当调查人员的思维起点已然不是集体决策而是如何通过技术获取信息时，自反性就已经形成。

2 交流充电系统充电准备过程

2.1 充电连接

电动车辆用户打开慢充充电口盖，按下充电枪机械开关S3，将充电枪插入交流充电口。当车辆控制装置检测到CC 点电阻阻值为RC+R4 时，确认为充电枪半连接；当车辆控制装置检测到CC 点电阻阻值为R4 时，确认为充电枪连接。

充电枪接入汽车后，如果交流充电桩无故障，且确认充电枪已连接，由于车载充电机中分压电阻的存在，充电桩MCU 检测到CP 信号从12V 跳变为9V 后，则开关S1 从12V 连接触点切换至PWM 连接触点，供电控制装置发出PWM 脉冲电压信号。PWM 占空比表示充电桩最大输出电流。车辆OBC 检测到CP 信号后会被唤醒，OBC 进而唤醒车辆其他控制器，准备交流充电。

2.2 车辆端准备

车辆端各控制器唤醒后首先进行自检，确认无故障后，会进行控制器间的状态确认。OBC 会将充电桩端的CP 信号转换成可用充电功率信号发给整车控制器（VCU）。电池控制器（BMS）检查电池的状态，发送电池的SOC、是否允许充电、电池的充电电流限值、电池的充电电压限值等信号给VCU。确认各控制器的信息后，VCU 控制各控制器执行上高压电的动作，使能高压低压转换装置DCDC。完成后确认系统充电条件具备的话，发送充电使能信号给OBC。OBC 收到充电使能信号以后，CC/CP 电路闭合S2。

2.3 充电装置端准备

S2 闭合后，车辆端的R2 和R3 并联，再和交流桩里面的R1 串联，通过12V 分压，CP端子的PWM 电平由9V 变成6V。交流桩收到“6V”PWM 信号闭合K1 和K2。通俗地说，这时候电网开始给交流桩供电。充电过程中，CC/CP 电路实时检测CP 占空比是否正常。

3 交流充电系统常见故障分析

纯电动汽车在慢充过程中，交流充电桩与车辆不能正常物理连接故障和交流充电桩与车辆已连接却不充电故障比较常见。下面我们用交流充电控制导引电路原理图（见图3）来对这两种故障进行分析。

图3 交流充电控制导引电路原理图

图4 电动汽车交流充电流程图

（1）插入慢充枪后，仪表显示充电枪未与车辆连接

故障分析：可能是交流充电桩侧充电枪CC 端子无信号，导致充电枪无法与车辆建立正常连接。

故障检修方法：充电枪机械开关未按下时，用万用表欧姆档选择合适的量程，测量充电枪接口CC 端子与PE 端子之间的电阻，此时应为RC 电阻，正常值应为220Ω，若为无穷大，说明CC 与PE 之间出现断线，若阻值小于0.6Ω，说明出现短路。

充电枪机械开关按下时，用万用表欧姆档选择合适的量程，测量充电枪接口CC 端子与PE 端子之间的电阻，此时应为RC+R4电阻，正常值应为3.5KΩ，若为无穷大，说明CC 与PE 之间出现断线，若阻值小于0.6Ω，说明出现短路。

故障排除方法：查找断路或短路线路，更换相应线路或者充电枪总成。

表1 CC 端子故障诊断参数

（2）插入慢充枪，仪表显示充电枪与车辆连接，车辆无法充电。

故障分析：可能是交流充电桩侧充电枪CP 端子无信号，导致交流充电桩无法正常与车辆实现握手，也就是信息交互。

故障检修方法：用万用表检测充电枪CC端子与PE 端子之间电压，应为12V，若电压值正常，则利用示波器读取车辆充电时，CP 端子对外输出PWM 信号电压波形，正常PWM 信号波形图如图5。

图5 CP 信号波形

图6 EV450 充电系统原理图

充电枪正常连接后，R1 电阻接入电路，充电桩MCU 检测到CP 信号从12 V 跳变为9V，然后开关S1 从12V 连接触点切换至PWM 连接触点，供电控制装置发出9V 脉冲电压信号（PWM 信号）。OBC 收到充电使能信号以后，CC/CP 电路闭合S2，CP端子的PWM 电平由9V 变成6V。若发现实测CP 信号波形异常，则可能是车辆OBC故障、动力电池BMS 系统故障等，需要进一步检测故障。

4 交流充电系统故障案例

案例介绍：一辆吉利帝豪EV450 轿车，电池电量不足，连接充电设备至外部交流插座，按压充电枪锁止开关，连接至车辆慢充接口，释放充电枪锁止开关，充电设备电源指示灯正常，此时充电枪锁无动作，充电枪无法锁止。观察仪表上充电指示灯、充电连接指示灯均不亮。打开一键启动开关，动力蓄电池SOC 显示条不闪动，同时充电器上充电状态指示灯闪烁，显示“未连接”信息，车辆无法充电。车辆行驶正常，仪表板未提示相关故障信息。

故障原因：充电连接确认（CC）信号故障

故障机理分析：CC 信号存在故障，将造成车载充电机OBC 没有接收到充电连接信号CC，从而无法确认充电枪连接状态，因此无法完成充电引导程序，造成车载充电机OBC无法启动，车辆无法充电。