劉刊 牛阿慧 閆炳強(qiáng)

摘 要：為保證新能源汽車(chē)的用車(chē)安全，主機(jī)廠普遍采用高壓互鎖技術(shù)，本文概述了新能源汽車(chē)高壓互鎖的作用、設(shè)計(jì)原則、接口和工作原理，介紹了比亞迪e5的高壓系統(tǒng)，分析了比亞迪e5高壓互鎖典型故障案例，總結(jié)了比亞迪e5高壓互鎖系統(tǒng)的故障診斷思路和方法，為相關(guān)售后維修工程師的提供參考。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē) 高壓互鎖 工作原理 故障診斷

1 引言

新能源汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)是采用先進(jìn)的能量燃料電池、控制系統(tǒng)、PDU、OBC、PTC和其他復(fù)雜的元件，它們的有效配合，使得新能源汽車(chē)的性能大大提升，而且這些元素也可以在車(chē)輛的各個(gè)方面進(jìn)行有效的控制，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的安全和可靠性。由于技術(shù)的進(jìn)步，300V以上的超高工作電壓和超過(guò)100安的超大功耗，使得安裝、使用、檢測(cè)、維護(hù)等方面的技術(shù)難度大大增加，故各大主機(jī)廠普遍采用高壓互鎖技術(shù)，該技術(shù)可以提高車(chē)輛的用車(chē)安全與高壓系統(tǒng)的維修效率，對(duì)新能源汽車(chē)的普及有積極意義。

2 高壓互鎖技術(shù)

高壓互鎖（HVIL），是高壓互鎖回路的簡(jiǎn)稱(chēng)，也稱(chēng)為危險(xiǎn)高壓互鎖回路[1]。

2.1 高壓互鎖的概念

高壓互鎖是指通過(guò)低壓信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)車(chē)輛高壓回路的一種方法，可以識(shí)別高壓回路的完整性，如果高壓回路異常，其高壓輸入將會(huì)被切斷。

采取高壓互鎖技術(shù)，可以有效地監(jiān)控并識(shí)別出可能發(fā)生故障的位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整車(chē)高壓系統(tǒng)的有效控制。這種技術(shù)不僅可以有效地防止故障發(fā)生，而且還可以有效地提升車(chē)內(nèi)人員與車(chē)輛設(shè)備的安全性。

2.2 高壓互鎖的設(shè)計(jì)原則

2.2.1 高壓互鎖回路須能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)輛高壓回路的連接狀態(tài)。

2.2.2 高壓插接器都應(yīng)具備機(jī)械互鎖功能，高壓互鎖回路先于高壓插接器斷開(kāi)，后于高壓插接器接通。

2.2.3 所有高壓插接器在正常情況下，不能自動(dòng)被通斷。

2.2.4 識(shí)別到高壓互鎖回路異常時(shí)，車(chē)輛須有報(bào)警提醒駕駛員，如儀表警告燈或警告音、光等，同時(shí)高壓回路的高壓輸入可被VCU或BMS自動(dòng)切斷。

2.3 高壓互鎖接口

高壓插接器包含插接器殼體、低壓信號(hào)導(dǎo)電件、高壓導(dǎo)電件和監(jiān)測(cè)器及監(jiān)測(cè)線路等，高壓插接器分公端子和母端子，兩個(gè)端子都設(shè)置有高壓端子和互鎖端子，且其端子長(zhǎng)度不同，一般來(lái)說(shuō)高壓端子比互鎖端子稍長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)高壓端子先于低壓端子連接，高壓端子后于低壓端子斷開(kāi)，如圖1、圖2所示。

2.4 高壓互鎖系統(tǒng)工作原理

車(chē)輛高壓互鎖系統(tǒng)的工作原理如圖3所示，高壓互鎖系統(tǒng)主要包括高壓回路和高壓互鎖回路[2]。車(chē)輛上的動(dòng)力電池、DCDC、空調(diào)壓縮機(jī)、高壓互鎖監(jiān)測(cè)器（一般設(shè)置在VCU或BMS上）、電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)通過(guò)串聯(lián)方式組成高壓回路；而高壓互鎖回路由車(chē)輛低壓蓄電池供電，主要由插接器和低壓導(dǎo)線組成。

2.4.1 低壓系統(tǒng)檢測(cè)高壓系統(tǒng)的連接狀態(tài)

高壓互鎖信號(hào)回路設(shè)置在高壓插接器的接口上，其與高壓回路不同[3]。VCU或BMS通過(guò)高壓互鎖信號(hào)回路的閉合狀態(tài)，來(lái)檢測(cè)車(chē)載高壓設(shè)備是否處于良好的狀態(tài)，從而為其提供高壓供應(yīng)。通過(guò)建立高壓互鎖信號(hào)回路，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓供電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.4.2 低壓互鎖回路比高壓回路的動(dòng)作快

高壓回路的電源是車(chē)輛動(dòng)力電池[4]，低壓回路的檢測(cè)用電源是車(chē)載12V低壓電源，低壓信號(hào)的中斷代表著某個(gè)高壓插接器的松開(kāi)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)會(huì)將高壓互鎖信號(hào)回路的任何異常傳遞給VCU或者BMS，VCU或BMS系統(tǒng)完成整車(chē)的高壓回路的下電操作，以確保車(chē)輛的安全。

3 比亞迪e5高壓互鎖系統(tǒng)介紹

比亞迪e5高壓互鎖系統(tǒng)僅設(shè)計(jì)有結(jié)構(gòu)互鎖，包括高壓動(dòng)力電池、電池管理器、高壓電控總成、PTC等，高壓互鎖是由BMS來(lái)檢測(cè)的，由BMC01的1號(hào)針腳（W線）輸出PWM信號(hào)，經(jīng)過(guò)PTC、高壓電控總成、動(dòng)力電池包后再回到BMC02的7號(hào)針腳（W線），如圖4所示，圖中數(shù)字代表控制模塊互鎖針腳號(hào)。

4 比亞迪e5高壓互鎖系統(tǒng)故障診斷與排除

4.1 比亞迪e5高壓互鎖故障的現(xiàn)象

車(chē)輛起動(dòng)時(shí)的高壓互鎖故障會(huì)使得車(chē)輛不能連接到高壓電源，車(chē)輛不能起步；行進(jìn)途中的高壓互鎖故障，會(huì)使得車(chē)輛進(jìn)入蠕行模式，司機(jī)加減油門(mén)車(chē)輛動(dòng)力不變化。

同時(shí)車(chē)輛還會(huì)使用警告燈、警告音等形式提示司機(jī)[5]。

4.2 比亞迪e5高壓互鎖引腳號(hào)

4.2.1 比亞迪e5高壓互鎖“+/-”引腳號(hào)

比亞迪e5高壓互鎖“+/-”引腳號(hào)分別是22和23，如圖5所示。

4.2.2 比亞迪e5電池管理器接口中高壓互鎖引腳號(hào)

比亞迪e5高壓互鎖輸入輸出信號(hào)電線的顏色都是白色，在ON檔/OK檔/充電的條件下，針腳輸入的正常值是PWM脈沖信號(hào)。

如圖6所示，比亞迪e5高壓互鎖的輸入信號(hào)的連接端子是BMC02-7～GND；比亞迪e5高壓互鎖的輸入信號(hào)的連接端子是BMC01-1～GND。

4.3 比亞迪e5高壓互鎖的故障代碼及描述

在BMS報(bào)高壓互鎖故障時(shí)，我們首先需要通過(guò)測(cè)量BMC01的1號(hào)針腳與BMC02的7號(hào)針腳（線束端）是否導(dǎo)通來(lái)判定真互鎖還是假互鎖：若導(dǎo)通，則為BMS誤報(bào)，確認(rèn)BMS本身有無(wú)故障；如不導(dǎo)通，則需要根據(jù)互鎖回路來(lái)進(jìn)一步確認(rèn)互鎖的故障點(diǎn)。

4.4 比亞迪e5高壓互鎖典型故障案例分析

4.4.1 故障現(xiàn)象

車(chē)輛行駛中儀表提示駕駛員請(qǐng)檢查動(dòng)力系統(tǒng)，警告燈燈亮。

4.4.2 故障原因分析

（1）高壓系統(tǒng)故障；

（2）線束故障；

（3）BMS 故障。

4.4.3 故障診斷過(guò)程

（1）高壓回路連接狀態(tài)監(jiān)測(cè)

比亞迪e5電池管理器的數(shù)據(jù)流與高壓回路的連接狀態(tài)如圖7所示。

（2）使用比亞迪e5故障診斷儀調(diào)取車(chē)輛故障碼，提示：一般漏電，且人工無(wú)法清除故障碼，如圖8所示。

（3）依次檢查各高壓系統(tǒng)，斷開(kāi)PTC加熱模塊的高壓插頭，短接PTC高壓互鎖端子后（如圖9所示），車(chē)輛可以上電，系統(tǒng)不再報(bào)漏電故障，儀表無(wú)故障信息提示。

（4）更換PTC加熱模塊故障排除。

4.4.4 故障維修小結(jié)

（1）BMS報(bào)一般漏電車(chē)輛可以行駛，報(bào)嚴(yán)重漏電車(chē)輛無(wú)法行駛；

（2）判定一個(gè)高壓模塊或高壓線束漏電時(shí)，盡量再將高壓模塊或線束插頭插上去確認(rèn)故障是否再現(xiàn)，避免零部件誤判；

（3）PTC正極或負(fù)極對(duì)地絕緣阻值一般為 1MΩ以上。

5 結(jié)論

本文論述了新能源汽車(chē)高壓互鎖的作用、設(shè)計(jì)原則、接口和工作原理，以比亞迪e5電動(dòng)汽車(chē)為例，介紹了比亞迪e5的高壓系統(tǒng)，分析了比亞迪e5高壓互鎖典型故障案例，總結(jié)了比亞迪e5高壓互鎖系統(tǒng)的故障診斷思路和方法，為相關(guān)售后維修工程師的提供參考。

河北省大學(xué)生科技創(chuàng)新能力培育專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目（2021H011006）；河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)校級(jí)自然科學(xué)研究項(xiàng)目（zky2020007）。

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