电动汽⻋交流充电桩的故障诊断与排除

摘要：《中国制造2025》将发展新能源汽⻋确定为国家战略，随着新能源汽⻋的保有量逐渐增加，新能源充电桩的运⾏与维护⼈员需求将越来越多。新能源充电桩在使⽤过程中可能会出现显⽰屏不亮/⿊屏、⽆法刷卡、⽆法充电等故障，对此，从充电桩的结构、作⽤、原理等展开研究⼯作，通过充电桩的典型案例对充电桩故障诊断、排除⽅法与步骤进⾏分析。

关键词：电动汽⻋;交流充电桩;故障诊断

中图分类号：TP306+.3 收稿⽇期：2022-03-23

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.06.028

1 充电桩的分类

按充电⽅式分类，充电桩可分为直流充电桩、交流充电桩和交直流⼀体充电桩，充电桩提供常规充电和快速充电两种充电⽅式。

1.1 交流充电桩

交流充电桩是给电动汽⻋提供交流电源的充电装置。其基本组成包括桩体、电⽓模块、计量模块等。其中，桩体包括外壳和⼈机交互界⾯，电⽓模块包括接触器、控制引导电路、充电插座、电缆转接端⼦排、安全防护装置等。

交流充电桩的容量分类主要有：10A 220VAC、16A220VAC、32A 220VAC以及63A 380VAC。

1.2 直流充电桩

直流充电桩是通过内部AC-DC充电模块，将交流电转换成直流，对电动汽⻋的动⼒电池进⾏充电。

直流充电桩的输出电压等级主要有三种：2 0 0 ～ 5 0 0 V D C 乘⽤⻋，3 5 0 ～ 7 5 0 V D C 商⽤⻋，200～750VDC通⽤型。

2 交流充电桩的各部件的作⽤

本⽂以交流充电桩为例，对交流充电桩各部件的作⽤进⾏讲解。

a.单相断路器模块作⽤：⾼压输⼊第⼀级开关，具备过载、短路和漏电保护功能。

b.浪涌保护器模块作⽤：预防因雷击或者其他原因产⽣的过量电能，避免损坏设备。

c.智能电表模块作⽤：实时监测输⼊的交流电压和电流。

d.交流接触器模块作⽤：⽤于控制交流充电枪通电。

e.辅助电源模块作⽤：提供辅助电源给设备。

f.主控模块作⽤：主控模块是充电桩的主要控制单元，充电桩的控制是以主控板为中⼼，分别与交流电表、其他辅助模块通信进⾏信息交互，通过继电器执⾏开关动作和回检，通过传感器完成充电状态的实时测量。

主控模块的具体操作流程如下：①主控板与触摸屏LCD通信，接收来⾃⽤⼾的操作指令和参数配置指令，并将充电过程的实时状态信息发送并呈现到显⽰屏上。②主控板经过充电枪界⾯，与汽⻋⻋载充电机进⾏通信，获得汽⻋充电的参数配置后开始充电。③主控板与读卡器通信，⽤⼾刷卡后，充电桩可以以⽆线⽅式读取⽤⼾账号信息。④主控板通过以太⽹与后台监控器/服务器通信，将⽤⼾账号、账单以及充电桩状态上传⾄后台，并接收后台下发的充电控制信息。

g.辅助继电器模块（枪锁模块）作⽤：与主控板通信，完成主控板的指令。

h.LCD显⽰屏作⽤：⽤⼾控制指令和显⽰信息。

i.LED灯板作⽤：含有三个指⽰灯，即运⾏指⽰灯（绿⾊）、故障报警指⽰灯（红⾊）和充电指⽰灯（⻩⾊）。

j.读卡器作⽤：读取充电卡的信息。

k.急停开关作⽤：在设备异常及遇到紧急情况下切断输⼊电源，起到保护设备的作⽤。

l.⻔禁开关作⽤：起到开⻔禁⽌充电的作⽤。

3 交流充电桩的⼯作原理

本⽂以NS-EVSE927⽴式交流充电桩为例。

交流充电桩的内部结构包括主回路和⼆次回路。主回路单相断路器具备过载、短路和漏电保护功能，继电器控制电源的通断，交流充电枪或交流充电座提供与纯电动汽⻋连接的充电接口，具备锁紧装置和防误操作功能。

其中，主回路由单相断路器、交流智能电表、交流接触器和充电接口插接器组成，⼆次回路由控制继电器、急停开关、指⽰灯、充电桩智能控制器和⼈机交互设备 （显⽰、输⼊与刷卡） 组成。

主电路是指⾼压输⼊、输出的主通路以及相关的低压控制电路，辅助电路是指刷卡、显⽰、电表计费、远程联⽹等与⾼压电路没有直接关联电路。

3.1 辅助电路的作⽤

辅助电路的作⽤主要有两个：

a.确认⻋辆与充电桩的连接状态：⻋辆控制装置通过测量检测点与PE之间的电阻值来判断⻋辆插头与⻋辆插座是否完全连接;供电控制装置通过测量检测点或检测点的电压来判断供电插头和供电插座是否完全连接。

b.辅助电路可以设定容量即枪头电阻/PWM占空⽐。⻋辆控制装置通过测量检测点与PE之间的电阻值来确认当前充电连接装置（电缆）的额定容量;通过测量检测点的PWM 信号占空⽐确认当前供电设备的最⼤供电电流。

3.2 交流充电桩⼯作步骤

交流充电桩整体⼯作步骤及原理如下：

a.合上充电桩的空⽓开关。

b.把充电枪连接到汽⻋充电口，经C C确认插枪后，CP把插枪信号传给主控板。

c.主控板检测到充电桩的指⽰灯、急停开关、⻔禁开关和防雷浪涌信号都正常，主控板进⾏下⼀步⼯作，主控板接收读卡器和触摸屏的信号，控制接触器接通电源，给充电枪供电。

d.此时⾼压电流的走向为：⾼压接线排￫空⽓开关￫交流电表￫接触器￫充电枪。充电桩经过充电枪给⻋辆进⾏充电。如果以上任何⼀个环节或者⼀个部件不正常，都⽆法进⾏正常充电，且充电桩会通过充电指⽰灯报故障。

4 交流充电桩的故障诊断与排除⽅法

交流充电桩故障诊断的主要流程有：确认故障现象￫根据故障现象查看电路图￫分析电路图查找可能的故障原因￫针对可能的故障原因進⾏故障诊断￫根据故障诊断结果确认故障点并进⾏故障排除。

4.1 交流充电桩显⽰屏不亮的故障诊断与排除

故障现象：合上空⽓开关后显⽰屏不亮，表明故障存在。

故障分析：如图1电路图得知，显⽰屏不亮，可能存在的故障原因是显⽰屏的供电线W33+线和W33-线不正常，或者显⽰屏损坏，而W33的电来⾃于辅助电源，因此也有可能是辅助电源以及辅助电源前⾯的空⽓开关、⾼压接线排以及它们之间的连接导线引起的。

故障诊断（倒序法）：若测量出W33+与搭铁之间的电压为12 V，测量W33-与搭铁之间的电阻小于1 Ω，则故障为显⽰屏损坏或者插头接触不良;若测量出W33+与搭铁之间的电压为0 V，再测量出辅助电源端输出了12 V电压，则表⽰W33+线路故障，如果不是12 V，则测量空开L线和和N之间电压是否为220 V，如果是则表⽰辅助电源损坏，若否，则测量⾼压接线排是否有220 V，接地线是否正常。若W33-与搭铁之间的电阻为∞，则说明是W33-故障。

4.2 交流充电桩⽆法刷卡的故障诊断与排除

故障现象：连接好充电设备，显⽰屏点亮，但是⽆法刷卡，⽆法充电。

原因分析：显⽰屏已经点亮，但是⽆法刷卡，则表⽰显⽰屏的供电电路正常，即W33+线和W33-线正常。则可能存在的故障原因有：显⽰屏的W33/8和W33/9两条信号线有故障，或者显⽰屏故障，或者主控板故障，或者主控板供电的电路有故障，即W34+、W34-前⾯的辅助电源、空⽓开关、⾼压接线排以及它们之间的连接导线或者主控板的CPPE线故障，或者主控板与充电枪之间的CP线有故障。

故障诊断（倒序法）：测量W33/8和W33/9两条信号线的电压，若为正常信号6 V，则故障为显⽰屏故障或者显⽰屏插头接触不良;若W33/8和W33/9两条信号线的电压为0，则测量主控板输出端信号电压是否为6 V，若是，则故障W33/8和W33/9两条信号断路，若为0 V，则测量主控板W34+ 、W34- 电压是否为12 V ，若为12 V 则测量C P 和C P P E 是否为1 2 V ，若是，则主控板损坏，若否则测量CPPE与搭铁点电阻是否小于1 Ω，若是则检查充电枪是否正常;若主控板输W34+、W34-电压是否为0 V，则测量辅助电源输出电压是否为12 V，若是，则W34+、W34-线路故障，若为0 V，则检查辅助电源输⼊电压是否为220 V，之后的检查与显⽰屏不亮/⿊屏的故障诊断是⼀致。

4.3 交流充电桩的LED指⽰灯均不点亮

故障现象：充电枪已连接完成，正常充电操作，但是充电指⽰灯均不点亮，⽆法进⾏充电。

原因分析：充电桩L E D 指⽰灯的电路接线如图2所⽰，充电桩的LED指⽰灯板⼀共有五个指⽰灯，电路图中有6条导线，因此很容易分析出，共⽤电源线，每个灯⼀条搭铁线，因此，如果所有LED灯均不点亮，则最⼤可能是L E D 灯板的电源线没有电到，或者插头接触不好，而LED灯板的电源是由主控板提供的，因此可能的故障原因还有主控板故障、主控板与LED显⽰板电源线故障以及给主控板供电的电源线、搭铁线故障。

故障诊断（倒序法）：测量LED灯板的电源线电压，若为12 V，则插接好灯板插头再启动充电桩，查看灯板是否点亮，若未点亮，则测量灯板的五个⼆极管灯泡电阻是否正常，不正常则更换灯板;若LED灯板的电源线电压为0 V，则测量主控板输出给灯板的电压是否为12 V，若为12 V，则检查灯板和主控板电源线电阻，若为0 V，则检查主控板的电源线和搭铁线是否正常;若主控板的电源线和搭铁线正常，则更换主控板，若主控板的电源线电压为0 V，则检查供电给主控板的电源电路。

4.4 充电枪指⽰灯不亮，⽆法正常充电

故障现象：连接充电枪⾄⻋⻋辆，充电枪充电指⽰灯不点亮，不充电。

原因分析：由充电枪7个端⼦的作⽤可得知，L、N、PE、NC1、NC2均为⾼压电电路，只有CC和CP是低压电路，而CC的作⽤是连接确认，CP的作⽤是给充电桩主控板提供⻋辆最⼤的充电电流。因此充电枪指⽰灯不亮，应⽤CC和CP着⼿。

故障诊断：未连接⻋辆的时候测量CC与PE之间的电阻，电阻在30～40 kΩ范围内（充电桩、充电枪不同，电阻也不同），则表⽰CC电阻正常，测量CP与PE之间的电压，为12 V或5 V（充电桩、充电枪不同，电压不同）则CP正常，否则CC或者CP异常，⽆法充电。

5 结语

交流充电桩的故障诊断与排除应从充电桩的结构、原理与电路图的认知开始，并⽤故障诊断流程图进⾏辅助，才能快速、准确地进⾏充电桩故障诊断与排除。

a.从充电桩的结构和部件作⽤认知出发，了解和掌握充电桩的结构和原理，快速有效。

b.故障分析应从分析充电桩的电路图、接线图和原理图⼊⼿，掌握主电路的回路、辅助电路的回路原理，分析充电桩每⼀个部件的导线的作⽤。从部件的导线出发进⾏⼯作原理解读，掌握⼯作原理基础上再根据故障現象、故障部分进⾏故障分析，⽐较不易出错，判断准确，有助于快速进⾏故障诊断与排除。

c.诊断流程图可使诊断思路清晰，诊断结果分析明确，能够清晰地体现诊断的位置和数据分析判断，以及下⼀步的诊断位置，对于⽐较复杂的故障帮助较⼤。

参考⽂献：

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作者简介：

⻩彩娟，⼥，1984年⽣，讲师，研究⽅向为汽⻋、新能源汽⻋职业教育教学改⾰。