純電動汽車充電系統(tǒng)可以分成2大部分，分別為充電設(shè)施主要包括充電樁、充電線束，和車載充電裝置，包括車載充電器、高壓控制盒、動力電池、DC/DC轉(zhuǎn)換器、低壓蓄電池以及各種高壓線束和低壓控制線束等。充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 純電動汽車充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

純電動汽車動力電池出現(xiàn)電量不足時的處理方法主要有直流快速充電、交流慢速充電以及更換電池的方式等。

直流充電系統(tǒng)和交流充電系統(tǒng)的區(qū)別在于：直流充電系統(tǒng)（快充）主要是通過充電站的充電樁將直流高壓電直接通過位于汽車車身前部的直流充電口給動力電池充電，但由于充電方式的限制，只能解決應(yīng)急，快速充電到動力電池恢復(fù)80％左右的電量，并且對動力電池損傷較大。交流充電系統(tǒng)（慢充）主要是將交流充電樁的充電接頭接入位于車身后部側(cè)邊的交流充電口，通過車載充電器將220V交流電轉(zhuǎn)為直流電給動力電池進行充電，這種方式能將動力電池的電量充滿，并且對動力電池損傷小，時間允許時，推薦使用交流充電方式。

交流充電系統(tǒng)的接口按國標GB/T 20234.2-2011使用7針接口，端子分別是CP、CC、N、L、NC1、NC2和PE，其接口形狀及含義如圖2所示。

圖2 交流充電口端子的含義

交流充電系統(tǒng)與車載充電機之間的接口及端子含義，如圖3所示。該端口使用6針接頭，其中端子CC、CP、 PE、 L、 N等端子與車輛充電接口的相應(yīng)端子分別相連，但4號端子是空腳。

圖3 交流充電系統(tǒng)與車載充電機接口及端子含義

交流充電系統(tǒng)工作電路，如圖4所示，充電樁中的供電控制裝置通過檢測CC連接確認信號后，把S1開關(guān)從12V端切換到PWM端；當檢測點1電壓降到6V時，充電樁控制K1、 K2開關(guān)閉合輸出電流。

圖4 交流充電系統(tǒng)工作原理圖

充電過程大致分為以下幾個步驟：

（1） CC充電連接確認。當充電插頭與車身交流充電口完全連接后，充電樁中供電控制裝置通過檢測點4檢查到端子CC連接確認信號后，將S1開關(guān)從＋12V擋切換至PWM信號擋（脈沖寬度調(diào)制信號）。

（2） CP控制確認。S1開關(guān)切換至PWM擋后，供電控制裝置同時進行PWM信號的發(fā)送和檢測點1電壓的測量，以此來確認充電線路連接情況；車輛控制裝置憑借對檢測點2上接收到的PWM信號的監(jiān)測，來判斷供電設(shè)備的供電能力，并完成充電裝置完全連接的確認。

（3）車輛控制裝置通過檢測點3測量端子CC和端子PE之間的電阻Re。線路中開關(guān)S3為車輛插頭的內(nèi)部常閉開關(guān)，與插頭上的機械鎖止裝置相關(guān)聯(lián)，按下機械鎖止開關(guān)，S3開關(guān)即斷開。當插頭與插座完全連接后，車輛控制裝置通過測量檢測點3與PE之間的阻值，確認完全連接，得到充電連接信號，完成了充電喚醒過程。

（4）系統(tǒng)確認充電裝置完全連接后，供電控制裝置通過測量檢測點1的電壓判斷車輛是否準備就緒，當電壓值達到規(guī)定值時，供電設(shè)備控制裝置接通開關(guān)K1、 K2分別為供電插頭的L、N端子供電。

（5）BMS（動力電池管理系統(tǒng)）檢測充電需求，同時給車載充電機發(fā)送工作指令并控制車輛低壓電路中的相關(guān)繼電器吸合，車載充電機執(zhí)行充電程序，同時點亮充電指示燈。

（6）充電過程中，系統(tǒng)會周期性地檢測相關(guān)檢測點的電壓值，確認供電線路的連接情況。車輛控制裝置測量檢測點2和檢測點3、供電控制裝置測量檢測點1和檢測點4的電壓。監(jiān)測周期不大于50 ms。另外車輛控制裝置持續(xù)地監(jiān)測檢測點2收到的PWM信號，當占空比信號發(fā)生變化時，調(diào)節(jié)車載充電機的輸出功率，監(jiān)測周期不大于5s。

（7）充電完成。當BMS檢測充電完成后，或達到車輛設(shè)置的充電完成條件，或駕駛員執(zhí)行停止充電的指令時，車輛控制裝置斷開S2開關(guān)，使車載充電機停止充電；供電控制裝置將S1開關(guān)切換至＋12V檔。在檢測到S2開關(guān)斷開的信號后，供電控制裝置斷開K1、 K2供電回路。一般采用恒流—恒壓充電方法，在不同溫度范圍內(nèi)以恒定電流充電至動力電池組總電壓達到或最高單體電壓達到此溫度條件下的規(guī)定電壓值，以恒定電壓充電至電流小于0.8A后停止充電。充電溫度通常為0～55℃，此時以10A的電流充電；當單體電池最高電壓高于3.6V時，降低充電電流到5A，當電芯電壓達到3.7V時，充電電流為0A，請求停止充電。

直流充電系統(tǒng)接口按國標GB/T20234.3-2011使用9針接口，分別為DC+、 DC－、PE、S+、S－、CC1、CC2、 A+、A－等9個端子，接口形狀及端子含義如圖5所示。

圖5 直流充電接口形狀及端子含義

直流充電系統(tǒng)線束及其與車載充電系統(tǒng)的接口如圖6所示。線束自車輛接口后方將高低壓分開布置，高壓線束部分端子1、端子2分別對應(yīng)DC－和DC+，同時在其中增加互鎖端子；低壓線束部分的端子1-6分別對應(yīng)交流充電口的A－、A+、CC2、S+、S－和CC1。

圖6 直流充電系統(tǒng)線束與車載充電系統(tǒng)接口及端子含義

與交流充電系統(tǒng)接口相比，直流充電系統(tǒng)使用CC1、CC2端子替代了交流充電中的CC端子，使用S+、S－端子作為交換信息通訊線，替代了交流充電中的CP端子，使用DC+、DC－直流端子替代了交流充電系統(tǒng)中的L、N交流電源端子，另外增加了A+、A－這2個輔助蓄電池低壓連接線端子。

直流充電系統(tǒng)工作原理圖如圖7所示。

圖7 直流充電系統(tǒng)工作原理圖

從圖中可以看到，以車輛接口處劃分，左側(cè)為充電樁及插頭，右側(cè)為車輛及直流充電接口。充電樁中開關(guān)5為常閉開關(guān)，與直流充電插頭上的機械鎖相關(guān)聯(lián)，按下機械鎖，開關(guān)S就打開。電阻R1～R5分別連接于CC1、 CC2這2條連接確認檢測線路中，其阻值約為1kΩ ; U1、U2分別為充電樁和車輛控制裝置中提供的參考電壓，電壓值為12V。

直流充電系統(tǒng)的工作過程可分為以下幾個階段：

（1）準備階段：將直流充電接頭與汽車充電口連接后，U1通過電阻R1、R4、端子CC1與車身接地形成回路，U2通過電子R5、R3、端子CC2與充電樁設(shè)備接地形成回路，分別完成工作電路的連接。直流充電系統(tǒng)中的非車載充電機控制裝置監(jiān)測檢測點1的電壓值達到4V時，則確認充電線路完全連接。

（2）自檢階段：充電系統(tǒng)完成連接后，充電樁閉合K3、 K4，低壓輔助供電回路導(dǎo)通，12V低壓電則通過A+、 A－端子與車輛形成通路。車輛控制裝置通過監(jiān)測檢測點2的電壓值，當電壓達到6V時，車輛控制裝置與充電樁之間通過S+、S－這2個通訊連接線發(fā)送通信信號，確認充電準備完成，同時控制開關(guān)K1、 K2閉合，進行絕緣測試，保證充電過程的安全進行。絕緣測試完成后，開關(guān)K1、K2斷開。自檢階段完成。

（3）充電階段：車輛控制裝置閉合K5 、K6，充電樁驗證充電條件是否滿足，即與原數(shù)據(jù)通訊時相比電壓差小于5%，并且車輛電池電壓處于充電機最高輸出電壓與最低輸出電壓之間，充電樁控制開關(guān)K1、K2閉合，形成直流充電回路。在充電過程中，車輛與充電樁會通過S+、S- 端子持續(xù)地進行數(shù)據(jù)通訊，并發(fā)送實時充電需求，按照動力電池充電狀態(tài)及時調(diào)整充電電壓和充電電流。

（4）結(jié)束階段：車輛控制裝置實時監(jiān)測動力電池的充電狀態(tài)或通過是否收到“充電機中止充電報文”的指令來判斷是否完成充電。當滿足充電完成的條件、或者接收到駕駛員的停止充電指令時，系統(tǒng)確認充電電流小于5A后，車輛控制裝置斷開開關(guān)K5、K6，充電機控制裝置斷開K1、K2，最后斷開K3、K4，完成充電過程。

充電時需保證以下條件滿足要求：

（1）充電機：充電線連接確認信號正常；充電機供電電源正常（含220V和12V）及充電機工作正常；充電喚醒信號輸出正常（12V）；充電機、VCU、SMS之間通信正常（主繼電器閉合、發(fā)送電流強度需求）。

（2）動力電池：動力電池電芯溫度0～45℃; SOC電壓差小于0.3V；單體電池最高溫度與最低溫度差小于15℃；實際單體最高電壓不大于額定單體電壓0.4V。

（3）絕緣性能：絕緣良好，阻值大于20MΩ。

（4）高、低壓電路連接正常（遠程控制開關(guān)關(guān)閉狀態(tài)）。

1．快充常見的故障與檢修

（1）充電樁顯示車輛未連接

椅查快充口CC1端與PE端是否有1kΩ電阻；檢查快充口導(dǎo)電層是否脫落；檢查充電槍CC2與PE是否導(dǎo)通。

（2）動力電池繼電器未閉合

檢查充電樁輸出正極喚醒信號是否正常；檢查充電樁輸出負極喚醒信號與PE是否導(dǎo)通；檢查充電樁CAN通信是否正常。

（3）電池繼電器正常閉合，但無輸出電流

檢查充電樁與動力電池BMS軟件版本是否匹配；檢查高壓連接器及線纜是否正確連接；用診斷儀查看充電監(jiān)控狀態(tài)，以北汽新能源EV系列車輛為例，如表1所示。

表1 充電監(jiān)控狀態(tài)表

（4）DC/DC轉(zhuǎn)換器不工作

檢查連接器是否正常連接；檢查高壓熔斷絲是否熔斷；檢查使能信號輸入是否正常（12V）。

2．慢充常見的故障與檢修

以北汽EV150車輛為例，介紹慢充常見的故障診斷與排除方法。

（1）車輛無法充電

故障現(xiàn)象：車輛在使用充電樁充電時，充電樁指示燈亮，充電器電源工作燈亮，車輛無法充電。

可能原因：動力電池控制器故障、動力電池故障、通信故障。

故障診斷與排除：根據(jù)上述故障現(xiàn)象，充電樁和充電器工作指示燈正常，第1個檢查對象應(yīng)為通信和動力電池內(nèi)部。用故障檢測儀檢測故障碼及數(shù)據(jù)流，讀出故障碼：P1048 （SOC過低保護故障）、P1040（電池單體電壓欠壓故障）、P1046電池電壓不均衡保護故障）、P0275電池電壓不均衡保護故障）；讀出數(shù)據(jù)流：動力電池單體電芯最低電壓為2.56V、動力電池單體電電壓差大于500mV時動力電池管理系統(tǒng)（BMS）啟動充、放電保護而無法充電，更換動力電池單體電芯，動力電池故障解除，車輛恢復(fù)充電。

故障分析：通過以上故障診斷與排除過程，總結(jié)以下動力電池具備充電的條件。

    ①充電樁與充電器或快充樁與動力電池的通信要匹配。

    ②車載充電器要能正常工作，無故障。

    ③整車控制器與充電器、動力電池控制器通信要正常。

    ④喚醒信號要正常。

    ⑤整車控制器和動力電池控制器的信號要正常。

    ⑥單體電芯之間電壓差小于500mV。

    ⑦高壓電路無絕緣故障。

    ⑧動力電池內(nèi)部溫度在充電的溫度范圍內(nèi)。

（2）充電時充電樁跳閘

故障現(xiàn)象：車輛在使用充電樁充電時，出現(xiàn)充電樁跳閘，充電器無法充電。

可能原因：充電器內(nèi)部短路。

故障診斷與排除：檢查充電樁交流220V電壓、充電樁CP線與充電器連接正常，再檢查充電線束、高壓線束、充電器、動力電池的絕緣均正常，更換充電器，故障排除。

故障分析：因為此車的故障現(xiàn)象是充電樁跳閘，說明喚醒信號和互鎖電路正常，基本可以斷定是充電器內(nèi)部短路故障。

（3）充電器指示燈不亮

故障現(xiàn)象：車輛在使用充電樁充電時，充電器指示燈不亮，車輛無法充電。

可能原因：充電器內(nèi)部故障、充電喚醒信號中斷或互鎖電路故障。

故障診斷與排除：檢查FU低壓熔斷絲盒內(nèi)的電池充電熔斷絲和充電器低壓電源，將萬用表旋到直流電壓擋測量充電器低壓電源正常，再檢查充電系統(tǒng)連接插件無退針、銹蝕現(xiàn)象，更換充電器，故障排除。

故障分析：檢查充電器低壓供電正常，而充電工作指示燈都不亮，基本確定為充電器內(nèi)部故障。