新能源汽车充电系统学习单元2.3车载充电机结构原理与检修

新能源汽车动力蓄电池与驱动电机系统结构原理与检修学习单元2.3车载充电机结构原理与检修【情境导入】

修理工在某新能源汽车4S店工作，一天接了一辆纯电动汽车，经过询问以及客户反映，该车无法进行慢充充电，且仪表盘上无充电连接指示灯。经过修理工检查，该车车载充电机故障灯点亮，经过检查车载充电机内部主控板损坏，需要更换车载充电机，你能正确进行车载充电机的检修吗?【学习导航】充电机是对新能源汽车动力蓄电池充电的设备。按照是否安装在车上，充电机因此可分为车载式和固定式。固定式充电机是安装在充电桩内的大型充电机，主要以大功率和快速充电为主。而车载式充电机安装在车内，其优势是可以在车库、住宅等任何地方随时充电，功率相对较小。本课程主要学习车载充电机的结构及检修方法。学习情境2新能源汽车充电系统结构原理与检修

学习单元2.3车载充电机结构原理与检修1.能够正确叙述车载充电机的作用、结构。2.能够正确检修车载充电机。3.能够正确更换车载充电机。4.能够养成严谨细致、认真工作的优良品质。学习目标学习情境2新能源汽车充电系统结构原理与检修2.3.1车载充电机的结构原理

一、车载充电机的作用车载充电机（简称OBC）又称为交流充电机，安装在车上的充电机是新能源汽车慢充充电系统的重要组成部分，其可将民用的220V、50Hz的交流电转换为动力蓄电池所需要的高压直流电，实现动力蓄电池的电量补充。为能够实现新能源汽车动力蓄电池安全、可靠、自动地充满电，充电机依据整车控制器（VCU）和电池管理系统（BMS）提供的数据，自动调节充电电流或充电电压等参数，从而满足动力蓄电池的充电需求，以完成充电任务。车载充电机工作不良或损坏会导致车辆不能充电或充电不足等故障。车载充电机主要安装在整车前机舱内，如图2-3-1所示为北汽老款EV160车载充电机安装位置。有些纯电动汽车将车载充电机安装在车辆动力蓄电池附近，如图2-3-2所示为比亚迪E6车载充电机安装位置。

图2-3-1老款EV160前机舱内的车载充电机

图2-3-2比亚迪E6车载充电机安装位置2.3.1车载充电机的结构原理

二、车载充电机的结构1、车载充电机外部结构车载充电机上游连接慢充口，下游连接高压控制盒，同时与整车控制器VCU、电源管理系统BMS等进行通信，为了保持车载充电机中各电子元件不被烧坏，因此外部有直流输出端子、交流输入端子、低压通信端子和散热片及散热风扇。车载充电机外部结构，如图2-3-3所示。

图2-3-3车载充电机2.3.1车载充电机的结构原理

（1）直流输出端子该端子接口通过高压控制盒与动力蓄电池连接的直流输出接口如图2-3-4所示。A脚为动力蓄电池电源负极输出端子，B脚为动力蓄电池电源正极输出端子。（2）交流输入端子该端子接口通过高压线与慢充充电口连接，如图2-3-5所示。1脚与慢充口的L端（交流相线）相连；2脚与慢充口的N端（交流零线）相连接；3脚与慢充口的PE端（地线）相连接；4脚为空脚；5脚与慢充口的CC端（充电连接确认线）相连接；6脚与慢充口的CP端（控制确认线）相连接。

图2-3-4直流输出端子图2-3-5交流输入端2.3.1车载充电机的结构原理

（3）车载充电机低压通信控制端子该端子接口共有16个针脚，如图2-3-6所示。车载充电机低压通信控制端各针脚定义分别为：1脚为新能源CAN-L、2脚为新能源CAN-GND、5脚为高压互锁输出（到高压控制盒低压插件）、8脚为GND（充电机搭铁线）、9脚为新能源CAN-H、11脚为CC信号输出（即CC线与VCU36脚连接，慢充连接确认线）、13脚为高压互锁输入（来至空调压缩机低压插件）、15脚为慢充唤醒信号线唤醒电压为12V、16脚为充电机电源12V。其余各脚预留或未使用。（4）冷却风扇车载充电机在长时间大电流充电状况下，车载充电机内的电子元器件会产生大量的热量，如果散热不良会导致车载充电机降低充电电流，以免烧坏充电机。因此，为控制车载充电机温度不至于过高，目前单体式的车载充电机采用风冷方式。集成的车载充电机一般采用水冷方式。2、车载充电机内部结构车载充电机内部主要由主电路、控制电路、线束及标准件三部分组成。

图2-3-6低压通信控制端2.3.1车载充电机的结构原理

三、车载充电机电路原理1、车载充电机电压转换过程车载充电机在对车辆进行充电时，首先将民用的交流220V电整流成稳定的直流电压；然后通过高频开关电路将直流电转换为高频交流电；再将高频交流电转换为合适的交流电压；最后通过整流得到合适的直流充电电压。车辆在慢充充电过程中，由于采用高频电路转换电压，不采用传统的变压器提升电压，所以可减小充电机体积、降低重量、提高转换效率。充电转换过程，如图2-3-7所示。

图2-3-7车载充电机充电转换示意图2.3.1车载充电机的结构原理

2、车载充电机电路原理车载充电机要达到上述电压转换过程，车载充电机需要两大部分，主电路和充电机控制电路。充电机控制电路主要是对主电路进行控制、检测、计量、计算、修正、保护以及与外界网络通信等功能，是车载充电机的“中枢大脑”。主电路主要作用是将220V交流电转化为充电所需的直流电电压，电源部分又分为PFC（有源功率因数校正电路）和LLC（谐振电路）两部分，实际上我们可以把PFC看作是AC/DC，而把LLC看作是DC/DC。电路原理图如图2-3-8所示。

图2-3-8车载充电机电路原理示意图2.3.1车载充电机的结构原理

图中，通过EMI滤除电磁干扰波。220V三相交流电通过全桥整流电路整流成直流电。在整流过程中只有在220V交流电压的正负峰值附近二极管才导通，产生脉冲电流，造成电源功率因数降低。因此，在整流电路后面加上一个升压的boost拓扑结构。于是，通过控制PFC开关管的导通使输入电流能跟踪输入电压的变化。在这个电路中，PFC电感L在开关管导通时储存能量，在开关管截止时，电感L上感应出右正左负的电压，将导通时储存的能量通过升压二极管对大的滤波电容充电，输出能量。在此过程中将整流后的直流电压斩波成交变的高频电压。交变的高频电压通过LLC电路中的变压器升压到合适的充电电压后通过整流二极管整流成直流电，充入动力蓄电池中。LLC电路通过软开关技术，可以降低电源的开关损耗，提高功率变换器的效率和功率密度。四、典型纯电动汽车车载充电机车载充电机属于纯电动汽车慢充装备，目前国内市场上主要由两种功率大小3.3kW（输入：AC220V/16A，输出：DC200~420V/10A）和6.6kW（输入：AC220V/32A，输出：DC200~420V/20A）。下面以北汽新能源EV200车载充电机为例，其输入电压为AC220V，输出电压为DC410V，提供给动力蓄电池充电电流约为7A，根据动力蓄电池容量30kWh，一般在7~9h充满电，充电机功率约为3.3kW，电流约为16A。1、主要技术参数，见表2-3-1所示。2.3.1车载充电机的结构原理

表2-3-1北汽新能源EV200车载充电机主要技术参数项目参数输入参数输入相数单相输入电压/VAC220±20%输入电流/A≤6（在额定功率下）频率/Hz45~65启动冲击电流/A≤10软启动时间/s3~5输出参数输出功率（额定）/W3360输出电压（额定）/VDC240~410输出电流/A0~7.5稳压精度≤±0.6%负载调整率≤±0.6%输出电压纹波（峰值）<1%转换效率效率≥99%冷却方式冷却风冷2、车载充电机的保护功能为了保护车载充电机免受过电流、过电压损坏，其自身具有以下保护功能：（1）输入过电压切断保护功能。（2）输入欠电压报警和切换功能。（3）输入过电流、欠电流切断保护功能。（4）直流输出过电流切断保护功能。（5）输出短路切断保护功能。（6）输出电极接反保护功能。2.3.1车载充电机的结构原理

在输入电压远远超过额定电压时，会烧毁车载充电机。在长时间大电流充电状态下，车载充电机会积聚大量的热量，如果散热不良会导致车载充电机启动保护功能，降低充电电流。充电电流过大或温度过高会导致充电机损坏。车载充电机还具有以下优点：（1）根据动力蓄电池特性设计充电曲线，可以延长动力蓄电池的寿命。（2）使用方便，维护简单，单独对电源管理系统BMS进行供电，由电源管理系统BMS控制智能充电，无须人工值守。（3）保护功能齐全，使用范围广，具有多重保护功能。（4）整机温度保护为75℃，当机内温度高于75℃时，充电机输出电流减小，高于85℃时，充电机停止输出。2.3.2车载充电机的检修

一、车载充电机的故障检查1、根据车载充电机指示灯判断故障车载充电机上有三个指示灯，如图2-3-9所示，用来显示充电状态。（1）各指示灯功能POWER灯：电源指示灯（绿色），当接通交流电后，电源指示灯点亮。RUN灯：正常工作指示灯（绿色），当充电机接通动力蓄电池进入充电状态，充电指示灯点亮。FAULT灯：警告指示灯（红色），当充电机内部有故障时点亮。（2）显示充电状态充电正常时，POWER灯和RUN灯点亮。当启动0.5min后仍有POWER灯点亮，可能动力蓄电池无充电请求或已充满电即没有对车辆进行充电。当FAULT灯点亮时，则说明充电系统出现异常情况，没有对车辆进行充电。当三个灯都不点亮时，检查充电桩以及充电线束及插接件，没有对车辆进行充电。

图2-3-9车载充电机上的指示灯2.3.2车载充电机的检修

2、故障检查（1）车载充电机POWER灯不亮，故障灯FAULT不亮首先检查充电连接是否完好，若连接完好；检查慢充桩或家用220V插座是否有电，若没电更换慢充桩或220V插座。在充电电源正常的情况下，检查充电连接线，若连接线正常，检查车载充电机低压供电是否正常。连接好充电线后，用万用表直流电压挡测量车载充电机16脚是否有12V电压，若没有12V电，检查车载充电机供电端；若低压供电正常，断开充电连接，用万用表电阻挡测量车载充电机搭铁是否正常（即8脚与车身搭铁之间），若搭铁故障检查搭铁端。（2）车载充电机POWER灯点亮，充电指示灯不亮首先检查动力蓄电池SOC值，检查动力蓄电池是否有充电需求。若SOC值低，并不能进行充电，检查充电插座或充电桩搭铁是否正常，不正常更换充电插座或充电桩；充电电源端搭铁正常，更换充电线，如仍不能正常充电；检查慢充口PE端搭铁是否正常，若搭铁不量，测量充电口PE端至车载充电机PE导线是否断路；若搭铁正常，用万用表测量慢充口CC端到车载充电机CC端是否导通，若导线断路更换线束；如果正常，连接好充电枪，用万用表电压挡测量VCU慢充唤醒信号电压是否为12V，若电压为零，测量车载充电机至VCU之间唤醒线是否断路，若断路更换线束；若正常，使用万用表测量VCU慢充连接确认信号线是否有12V电压（即VCU36脚电压），若电压不正常，测量车载充电机至VCU之间连接确认信号线是否断路，若断路更换线束；若慢充连接确认信号正常，检查慢充口CP端至车载充电机CP端导线是否连接正常，若断路更换线束；CP端线束正常，检查VCU、BMS以及动力蓄电池技术状况。2.3.2车载充电机的检修

（3）车载充电机FAULT灯点亮若FAULT灯点亮，说明车载充电机自身控制系统故障或车载充电机冷却系统故障，更换车载充电机。二、车载充电机的更换当车载充电机发生故障时，需要进行更换，具体更换步骤如下：1、准备工作给车辆安装三件套；打开前机舱盖，安装翼子板布、前格栅布。2、按照规范流程进行高压断电操作。3、车载充电机拆卸流程（1）依次断开低压和高压线束，如图2-3-10所示。（2）拆卸固定螺栓，如图2-3-11所示。（3）取下DC/DC变换器，如图2-3-12所示。图2-3-11拆卸固定螺栓

图2-3-12取下车载充电机图2-3-10断开低压、高压线束2.3.2车载充电机的检修

4、更换新的车载充电机将车载充电机安装到位后，安装固定螺栓；安装高压线束和低压线束。5、安装后检查（1）安全检查，检查各部件安装是否牢固，高低压线束安装是否到位。（2）进行慢充充电，检查仪表显示慢充正常，如图2-3-13所示。（3）拔下充电枪，取下前格栅布、翼子板布以及三件套。

图2-3-13慢充仪表显示情景小结

1.新能源汽车车载充电机的结构及原理。2.新能源汽车车载充电机的检修及安全注意事项。维修工单2.3

任务名称2.3车载充电机的检修时间

班级

学生姓名

学生学号

成绩

实训设备纯电动汽车2两台、绝缘工具2套、防护用具2套、车间安全防护用具2套、工具车和绝缘工具2套、检测仪器（绝缘万用表、放电工装、电流钳等）2套。实训场地

日期

任务描述修理工在某新能源汽车4S店工作，一天接了一辆纯电动汽车，经过询问以及客户反映，该车无法进行慢充充电，且仪表盘上无充电连接指示灯。你能正确进行车载充电机的检修吗?任务目的能够准确识别车载充电机外部结构，能够正确检修和更换车载充电机。一、车载充电机各指示灯含义二、检修步骤1、验证故障现象：车钥匙位置：□Start□On□Acc□Lock连接充电枪：□能充电□不能充电车辆仪表盘显示：□显示充电连接指示灯□不显示充电连接指示灯充电电压

V充电电流

A2、故障检测：（1）检查车载充电机指示灯□POWER□RUN□FAULT（2）车载充电机低压控制电路检测①测量车载充电机低压供电电压

V，□正常□不正常②测量车载充电机搭铁线

，□正常□不正常③测量车载充电器CC端至慢充口CC端导线

Ω，□正常□不正常④测量车载充电器CP端至慢充口CP端导线

Ω，□正常□不正常⑤测量VCU慢充唤醒电压

V，□正常□不正常⑥测量VCU连接确认信号电压

V，□正常□不正常3、车载充电机更换（1）车辆高压断电流程作业步骤：