3.3　纯电动汽车动力电池充电系统维护与保养

任务引入

动力电池充电系统是电动汽车的主要能源供给系统，可保障汽车持续行驶。选择合适的充电方式不仅能发挥动力电池的最佳性能，还可以延长动力电池的使用寿命，那么如何安全规范地对纯电动汽车进行充电呢？

小王作为4S店的实习生正在跟着经验丰富的赵师傅学习动力电池充电系统的维护与保养。如果你是小王，你觉得自己应该掌握哪些知识和技能呢？

任务目标

1．了解纯电动汽车充电操作流程及注意事项。

2．掌握纯电动汽车动力电池快充系统和慢充系统的组成及工作原理。

3．做好新能源汽车维护与保养的场地准备，遵守安全作业规范。

4．正确、熟练地使用新能源汽车维护与保养工具。

5．根据维修手册对纯电动汽车充电系统进行简单的维护保养。

3.3.1 任务工单

3.3.1.1　学生分组

3～5人为一组，选出组长并进行任务分配，将小组成员及分工情况填入表3-9中。

表3-9  小组概况及分工情况

3.3.1.2　信息收集

在进行具体工作之前，需掌握纯电动汽车动力电池充电系统的相关知识。请组长组织组员收集并查阅相关资料，回答下列问题。

（1）简述慢充系统的优点与缺点。

（2）快充系统主要由哪些部分组成？

（3）简述充电锁的功能。

3.3.1.3　任务准备

根据实际情况，在表3-10中写出新能源车辆（或试验台架）的信息，并根据任务要求填写工具、设备和资料，以及与设备安全、场地安全和个人防护相关的检查结果。

表3-10  新能源车辆信息

3.3.1.4　任务实施

对新能源汽车（或试验台架）上的部件进行检查和维护，并结合现有车型维修手册完成表3-11中的内容。

表3-11  纯电动汽车动力电池充电系统维护与保养

3.3.1.5　考核评价

在教师的指导下，按照能力标准，完成工作任务所设计的学习目标，并将结果填入表3-12中。

表3-12  考核评价

3.3.2 相关知识

3.3.2.1  动力电池充电系统概述

如图3-38所示，纯电动汽车的动力电池充电系统是整车的关键组成部分，主要包括充电桩、车载充电机（OBC）、高压控制盒（PEU）、动力电池、DC/DC转换器、12V低压蓄电池，以及各种高压和低压控制线束等关键组件。充电系统是纯电动汽车的能量补给系统，其主要作用是为车辆持续行驶提供动力能源，并能根据动力电池的状态来实时控制启动充电和停止充电，同时根据动力电池的电量、温度来控制充电电流和动力电池的加热等。充电系统根据功能可分为快充、慢充、低压充电、制动能量回收系统四种；根据充电方式可分为交流充电、直流充电、无线充电和换电技术等。目前，交流充电和直流充电为主要充电方式。

图3-38  动力电池充电系统

1—车载充电机；2—直流充电接口；3—驱动电机控制器；4—交流充电接口应急解锁；5—交流充电接口

3.3.2.2  慢充系统

1．慢充系统的组成与作用

慢充系统主要由供电设备、交流充电口（带高压线束）、交流充电插座、交流充电插头、动力电池、车载充电机、高压控制盒等部件组成。慢充系统也称为交流充电，将220 V家用交流电引入交流充电设备后，通过充电线缆将纯电动汽车动力电池和交流充电设备连接起来进行充电。

采用交流充电，充电电流相对较小，电压稳定。这种方式可以在家庭、公共停车场和充电站等长时间停放的地方进行，通常在夜间利用电网的低谷电来充电，以降低充电成本；但充电速度较慢，无法满足车辆紧急运行的需求。目前主流车型的车载充电机功率有2 kW、3.3 kW、6.6 kW等，通常情况下，混合动力车型需要4～6 h充满，而纯电动车需要8 h以上充满。

2．充电设备

交流充电的充电设备为家用220 V交流插座和交流充电桩。

（1）家用220 V交流插座。交流充电的充电设备一端是家用220 V插头，另一端是充电枪。将插头插入家用插座，充电枪连接车身充电口即可充电。充电时间相对较长，一般需要6～8 h才能充满电。在充电过程中，要确保充电器和插座匹配，避免使用不合适的充电器或插座。要定期检查家庭用电线路和插座的安全性，避免因线路老化或损坏而引发安全问题。家用随车充电接口如图3-39所示。

图3-39  家用随车充电接口

（2）交流充电桩。交流充电桩（见图3-40）主要采用交流充电方式，将充电桩充电线缆与纯电动汽车慢充口连接，通过车载充电机将交流电转化为直流电，最后给电池充电。这种充电方式相对较慢，一般需要6～8h才能充满一辆电动汽车。交流充电桩在安全性方面表现良好。具备限流保护和过压保护功能，能够根据汽车的充电需求自动调节电流和电压，以避免电流过大导致过载。在异常情况下，交流充电桩会自动切断充电电源，从而保障使用安全。

图3-40  交流充电桩

3．慢充系统的工作原理

当车辆处于交流充电模式下，车载充电机检测交流充电接口的CC、CP信号（充电枪插入、导通信号）并唤醒电池管理系统（BMS）；电池管理系统唤醒车载充电机并发送指令充电，同时闭合主继电器，动力电池开始充电；电池管理系统会监控电池的状态，确保充电过程的各项数据处在正常范围。整个过程由车辆的充电管理系统进行精确控制和管理，以确保充电的安全和效率。慢充系统工作原理图如图3-41所示。

图3-41  慢充系统工作原理图

4．充电锁功能

为防止车辆充电过程中充电枪丢失，车辆具有充电枪锁功能。充电枪插入充电接口后，只要驾驶员按下智能钥匙闭锁按钮，充电枪防盗功能就将开启；BCM收到智能钥匙的闭锁信号后通过CAN总线将该信号传递到车载充电机，车载充电机将控制充电枪锁止电机，将充电枪锁止，此时充电枪无法拔出。如要拔出充电枪，需先按下智能钥匙解锁按钮，解锁充电枪，以保证充电安全。充电锁功能图如图3-42所示。

图3-42  充电锁功能图

3.3.2.3  快充系统

1．快充系统的组成与作用

快充系统主要由直流充电桩、直流充电口（带高压线束）、动力电池、高压控制盒、动力电池高压线等部件组成。快充系统也称为直流充电，通过充电线缆将纯电动汽车直流充电口和直流充电桩连接起来进行充电。这种充电方式大幅减少了纯电动汽车的充电时间，通过将380 V交流电转换为高压直流电，并直接输送到电动汽车的电池包中，实现了电池的快速充电，不再需要长时间等待充电完成，从而节省了时间并提高了出行效率。快充充电桩如图3-43所示。

图3-43  快充充电桩

2.快充系统的工作原理

当直流充电设备接口连接到整车直流充电口时，直流充电设备发送充电唤醒信号给BMS，BMS再根据动力电池的可充电功率，向直流充电设备发送充电电流指令；同时，BMS吸合高压正极继电器和高压负极继电器后，动力电池开始充电。例如吉利帝豪EV450充电48 min可充电80%。快充系统工作原理图如图3-44所示。

图3-44  快充系统工作原理图

3.3.2.4  低压充电系统

纯电动汽车低压充电系统由12 V铅酸蓄电池、电机控制器、高压配电箱、DC/DC转换器、动力电池等部件组成。纯电动汽车高压上电前，低压电路系统依赖12 V的铅酸蓄电池供电；高压上电后，将动力电池的高压直流电转换成低压直流电为12 V的铅酸蓄电池充电。

长期停放的车辆容易造成低压蓄电池亏电，当低压蓄电池严重亏电时将导致车辆无法启动上电。为避免这一情况的发生，纯电动汽车具有智能充电功能。车辆停放过程中整车控制单元（VCU）将持续对电源蓄电池电压进行监控。当电压低于设定值时， VCU将唤醒BMS，同时VCU也将控制电机控制器通过DC/DC转换器对低压蓄电池进行充电，防止低压蓄电池亏电。低压充电图如图3-45所示。

图3-45  低压充电图

3.3.2.5  制动能量回收系统

纯电动汽车制动能量回收系统由制动开关、动力电池、驱动电机、整车控制器、电机控制器、高压线束等部件组成，能量回收系统是在车辆滑行或制动过程中，驱动电机从驱动状态转变成发电状态，将车辆的动能转换为电能储存在动力电池中。车辆在滑行或制动时，整车控制单元会根据当前动力电池的状态和制动踏板位置信号，计算能量回收扭矩并发送指令给电机控制器，启动能量回收功能。制动能量回收传递路线与能量消耗相反。制动能量回收过程中，驱动电机消耗车轮旋转的动能发出交流电，再输出给电机控制器；电机控制器将交流电转换成直流电给动力电池充电。

当动力电池电量过高、车速较高（或者较低）和车辆故障时，整车控制单元（VCU）可能会停止能量回收。此时，减速可能变弱。制动能量回收工作原理图如图3-46所示。

图3-46  制动能量回收工作原理图

3.3.2.6  纯电动汽车充电操作流程及注意事项

1．快充直流电充电桩充电操作流程

第一步：将车辆停至直流充电桩指定停车地点，关闭启动开关，将启动钥匙取下。

第二步：打开充电口盖板，松开快充充电插座塑料卡扣，打开塑料盖。

第三步：将直流充电桩用充电枪与车身上的快充充电插座连接，此时组合仪表上充电连接指示灯点亮。充电过程中充电连接指示灯一直处于点亮状态，只有拔下充电枪并关闭塑料盖及充电口盖板之后，充电连接指示灯才会熄灭。

第四步：充电结束后，拔出车端充电枪，盖好车端充电枪的防尘盖。

2．慢充交流电充电桩充电操作流程

第一步：打开充电口盖板和充电口防尘盖，确认有无异物，保证通风干燥。

第二步：将充电设备充电枪与车身上的充电口对应连接。

第三步：按照充电桩的使用方式进行充电模式操作。

第四步：充电结束后，汽车解锁。先将供电端充电枪拔出，再拔出汽车端充电枪。

第五步：盖好供电端充电枪和汽车端充电口的防尘盖。

3．充电操作注意事项

为防止充电系统故障，增加动力电池的使用寿命和安全性，应注意以下事项。

（1）先关闭车辆充电插座防护盖，再关闭充电口盖。

（2）避免充电插头遭受碰撞。

（3）避免充电线缆受到挤压。

（4）不要拉扯或缠绕充电线缆。

（5）不要将充电线缆靠近加热器或其他热源。

（6）充电结束后请确保关闭充电插座防护盖和充电口盖。启动车辆前请确认充电插头已从充电口拔出。

（7）车辆具有充电线缆防盗功能。充电线缆连接后，请按下遥控钥匙闭锁按钮，开启充电线缆防盗功能；如要拔出充电插头，务必先按下遥控钥匙解锁按钮。

（8）充电时应使用符合国家标准的充电设备，否则可能影响动力电池的正常充电。

（9）停车后及时充电，避免电量耗尽后才充电。

（10）在环境温度为0～40 ℃的条件下进行充电。

（11）气温在零摄氏度以下时，为缩短充电时间，请停车后立即充电。

（12）车辆长时间（1个月以上）放置时，请保证动力电池电量在50%～60%，同时断开12 V的铅酸蓄电池负极。

（13）由于快充插头较重，请尽可能小心地垂直插拔，防止引起车辆或充电设备损坏。

（14）快充时，如误触碰快充插头按钮，可能导致停止充电，需拔出充电插头，重新充电。

3.3.3 实训操作——纯电动汽车动力电池充电系统维护与保养

3.3.3.1　实训准备

场地要求：通风、采光良好；准备绝缘垫，设立隔离柱，布置警戒线，张贴警示牌。

工具及车辆：故障诊断仪、万用表、拆装专用工具、高压防护用具、吉利帝豪EV450、动力电池台架、车轮挡块、充电桩等。

辅助资料：车辆维修手册、教材等。

注意事项：在检修充电系统时，为了保证安全，维修人员必须佩戴绝缘手套和防护眼镜，以防止触电。

车辆安全维修。

车辆具有充电线缆防盗功能。充电线缆连接后，请按下遥控钥匙闭锁按钮，开启充电线缆防盗功能；如要拔出充电插头，务必先按下遥控钥匙解锁按钮。

3.3.3.2　操作步骤

第一步：进行车辆充电口的检查与维护。

①如图3-47所示，检查快充、慢充充电口是否存在异物、烧蚀、连接端子损坏等情况。

图3-47  检查快充、慢充充电口是否存在异物、烧蚀、连接端子损坏等情况

②如图3-48所示，检查快充、慢充充电口是否干燥。

图3-48  检查快充、慢充充电口是否干燥

③检查外接充电防盗锁，如图3-49所示。

图3-49  检查外接充电防盗锁

④检查充电口照明灯，如图3-50所示。

图3-50  检查充电口照明灯

⑤检测慢充充电口CC端对PE端的电阻，如图3-51所示。

图3-51  检测慢充充电口CC端对PE端的电阻

⑥检测慢充充电口CP端对PE端的电压，如图3-52所示。

图3-52  检测慢充充电口CP端对PE端的电压

⑦检测慢充充电口L端的绝缘电阻值，如图3-53所示。

图3-53  检测慢充充电口L端的绝缘电阻值

⑧检测慢充充电口N端的绝缘电阻值，如图3-54所示。

图3-54  检测慢充充电口N端的绝缘电阻值

⑨检测快充充电口DC+端的绝缘电阻值，如图3-55所示。

图3-55  检测快充充电口DC+端绝缘电阻值

⑩检测快充充电口DC-端的绝缘电阻值，如图3-56所示。

图3-56  检测快充充电口DC-端的绝缘电阻值

⑪检测快充充电口CC1端对PE端的电阻，如图3-57所示。

图3-57  检测快充充电口CC1端对PE端的电阻

第二步：进行交流充电枪充电口检查与维护。

①检查充电口是否有异物、烧蚀，连接端子有无损坏等情况，如图3-58所示。

图3-58  检查充电口是否有异物、烧蚀，连接端子有无损坏等

②检查充电线外观有无老化、破损、裂痕等情况，如图3-59所示。

图3-59  检查充电线外观有无老化、破损、裂痕等

③检测充电口CC端对PE端的电阻，如图3-60所示。

图3-60  检测充电口CC端对PE端的电阻

④检测充电口CP端对PE端的电压，如图3-61所示。

图3-61  检测充电口CP端对PE端的电压

⑤检测充电口L端的绝缘电阻值，如图3-62所示。

图3-62  检测充电口L端的绝缘电阻值

⑥检测充电口N端的绝缘电阻值，如图3-63所示。

图3-63  检测充电口N端的绝缘电阻值

第三步：进行充电设备的充电操作。

①根据现场充电设备进行正确充电，如图3-64所示。

图3-64  根据现场充电设备进行正确充电

②通过观察现象，判断车辆是否正在充电，如图3-65、图3-66所示。

图3-65  通过观察现象，判断车辆是否正在充电

图3-66  充电灯光指示

③检查车辆能否正常充电、充电时仪表显示是否正常、充电线连接指示灯是否点亮，如图3-67、图3-68所示。

图3-67  仪表充电显示

图3-68　充电设备灯光指示

第四步：故障诊断仪的使用。使用诊断仪检查充电系统是否存在故障码，并根据不同控制单元读取数据流，如图3-69所示。

图3-69  使用诊断仪检查充电系统

第五步：恢复现场，5S管理，复原车辆或台架，整理工具，清洁实训场地。