新能源汽车直流快充原理与维修详解

新能源汽车直流快充原理与维修详解

新能源汽车的直流快充技术是实现快速充电的关键，其涉及复杂的系统结构和通信协议。本文将详细介绍新能源汽车直流快充的原理和维修要点，包括充电连接确认、信息通信、充电准备等关键步骤，以及相关的国家标准和安全保护系统。

无论是快充或慢充，都是按照国标来设计和开发的。目前我国充电相关的标准如下所示：

• GB/T 18487.1-2023《电动汽车传导充电系统 第1部分：通用要求》
• GB/T 20234.1-2023《电动汽车传导充电用连接设备 第1部分：通用要求》
• GB/T 20234.2-2015《电动汽车传导充电用连接设备 第2部分：交流充电接口》
• GB/T 20234.3-2023《电动汽车传导充电用连接设备 第3部分：直流充电接口》
• GB/T 27930-2023《电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议》

直流快充简介

直流快充整个系统的结构框图如下：

1. 插充电枪
2. 快充桩输出12V唤醒信号A+，唤醒VCU、BMS、仪表
3. VCU检测到连接确认信号CC2变化，闭合快充接触器，发送充电信号给BMS，仪表点亮充电连接灯
4. BMS给快充桩发送工作指令
5. 快充桩开始工作，给动力电池充电
6. BMS检测到充电完成后，给充电桩发送停止充电指令
7. 充电桩停止工作
8. VCU断开快充接触器

其实充电过程就是解决下面的3个问题：

1. 连接问题-双方确认
2. 信息沟通-充电信息
3. 充电准备-车闭合快充接触器、充电桩输出高电压

CC1、CC2：充电连接确认信号
S+、S-：充电通讯CANH、CANL
DC+、DC-：直流供电回路正、负极
A+、A-：12V辅助电源（唤醒信号）
PE：地

直流快充详细流程

直流快充简化图

这里以交流220V举例，220V交流电进来以后进过交流-直流转换模块得到高压直流电（380V），再经DC-DC调节电压电流。再由非车载充电机控制器控制K1、K2，进而控制直流输出。当然充电桩这里会有绝缘检测电路、泄放电路，这里先省略。

• 通过K3、K4（也由非车载充电机控制器控制）控制辅助电源的输出。
• 快充接触器K5、K6由VCU控制。

补充：串联分压

欧姆定律：U=RI
R2电流 I=U/(R1+R2)
R2电压：
RI=1000*12/(1000+1000)=6V

快充流程：

1. 桩通过检测点1的电压--6V(CC1)，确认连接
2. 充电桩这边确认连接好后，非车载充电机会控制K3、K4闭合，A+、A-输出12V辅助电源，经过充电枪输入到车的BMS，唤醒自检
3. 车通过检测点2的电压--6V确认连接
4. 整车控制器VCU检测到连接确认后，没有故障闭合快充接触器K5、K6，BMS可以充电，同时点亮仪表
5. BMS收到充电指令，通过S+、S-与桩通信
6. 充电桩进行充电参数配置，控制K1、K2闭合
7. 充电桩断开K1、K2，车这边BMS断开K5、K6，完成充电

DC+、DC-这两个触点分别有两个温度传感器
车有关直流充电信号：CC2、CAN、DC触点温度传感器
充电桩：还有DC触点温度传感器、电子锁

快充充电插座的线束

整车允许直流快充的条件：

1. 快充枪连接CC2信号有效
2. 快充枪确认CC1信号有效
3. 车辆处于静止状态
4. VCU确认各控制器无故障
5. 慢充枪连接CC信号无效
6. CAN通信正常

插上充电枪，车上没反应：

1. 先检查A-，A+有没有12V输出到车这边
2. 检测CC2信号正不正常

国标直流充电安全保护系统

直流充电安全保护系统原理图-GB/T 18487.1-2023

1. 物理连接
   机械锁
   CC1电平从6V-12V-6V-4V ，CC2电平从12V-6V，S开关从常闭到常开再到常闭

2. 低压辅助上电
   在车辆接口完全连接后，闭合K3和K4，使低压辅助供电回路导通

3. 充电握手阶段
   ①交互CHM、BHM报文
   CHM报文只是包含了通信协议版本号
   BHM报文只是包含了“最高允许充电总电压”
   ②绝缘检测
   充电桩系统的绝缘检测，在进入充电流程时，是由充电桩完成的；进入充电流程之后，是由车辆完成的。
   屏蔽车端绝缘检测：CC2跟PE之间并一个1kΩ电阻。
   ③交互CRM、BRM报文
   充电桩控制器每隔 250ms 定期发送一次充电机辨识报文 CRM（Charger Recognize Message 的意思）给 BMS，用于确认充电机和 BMS 之间通信链路正确。在收到BMS辨识报文之前，确认码=0x00; 在收到BMS辨识报文后，确认码=0xAA。
   BMS 收到充电机的0x00确认码后，每隔 250ms 向充电桩控制器定期发送 BMS辨识报文 BRM（BMS Recognize Message 的意思），直到5s内收到充电机0xAA确认码为止。
   BRM报文内容是车辆辨识信息，包括协议版本，电池类型、容量、电池电压、电池组序号、电池组生产日期、电池组充电次数、VIN 代码、BMS版本号，等。

4. 充电参数配置阶段
   交互BCP报文和CTS、CML报文
   BMS向充电桩控制器发送动力蓄电池充电参数报文（BCP），充电桩控制器向BMS发送时间同步信息报文（CTS）和充电机最大输出能力报文（CML）。
   车辆端完成充电准备：闭合K5、K6，启动充电系统的绝缘检测。
   充电机完成充电准备：充电模块开启，输出电压达到预充电压后，充电桩闭合K1、K2

5. 充电阶段
   在充电配置阶段，车端闭合K5、K6，然后桩端闭合K1、K2，这样充电模块就和被充电的动力电池构成了充电回路，充电流程就进入了充电阶段。在充电阶段，车端按50ms周期发BCL报文，按250ms周期发BCS报文，桩端按50ms周期发CCS报文。充电桩根据车端电压和电流需求，实时调整充电电压和充电电流。车端还会按照250ms的周期发送BSM报文，按10s的周期发送可选的报文，如BMV、BML、BSP等。桩端根据报文信息，实时判断电池状态是否正常，实时判断桩端是否满足充电结束条件。车端实时判断电压和电流是否正常，判断车端是否满足充电结束条件。车端满足充电结束条件，发送BST，桩端满足充电结束条件，发送CST。BST和CST的发送周期是10ms。充电状态流程下图所示。

充电状态流程图

充电阶段的报文

6. 充电结束阶段
   在充电阶段，充电模块收到中止充电指令后关闭模块的输出，执行泄放动作；之后，充电流程才进入充电结束阶段。并不是在充电结束阶段才关闭充电模块的输出。标准上是这样定义的。
   在充电结束阶段的一开始，车端BMS和桩端控制器交互统计数据报文BSD和CSD，车端在确认充电电流变为小于5A ，收到CSD后断开 K5和 K6，桩端在收到BSD后断开 K3、K4，电子锁解锁。整个充电流程结束。
   ①交互BSD和CSD报文
   ②断开接触器，解锁
   补充：非正常条件下充电中止
7. 充电桩故障，
8. 车辆故障，
9. 通讯超时，
10. 机械S开关状态异常，
11. 电子锁故障，
12. 输出电压超过电池允许电压。