新能源汽車高壓互鎖系統(tǒng)的原理及故障診斷

◆文/江蘇 李志軍 李偉亮

李志軍

九三學社社員；享受國務院特殊津貼的汽車維修高級技師；無錫有突出貢獻的中青年專家；一汽汽車(轎車)特約維修服務中心江蘇區(qū)域首席技術指導師；無錫市機動車維修行業(yè)協(xié)會車大夫專家；無錫電視臺汽車時代、無錫交通臺、車大夫修車網專家講師；領創(chuàng)“李志軍技能大師工作室”；汽車技術學院客座教授。

新能源汽車與傳統(tǒng)汽車在原理上有較大的區(qū)別，新能源汽車由高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)組成，而傳統(tǒng)汽車只有低壓系統(tǒng)。新能源汽車的高壓系統(tǒng)包括充電系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)(BMS)、儲能系統(tǒng)(動力電池組)、動力系統(tǒng)和其他高壓元件。因此，高壓系統(tǒng)里500V以上和上百安培的電流都是對汽車高壓部件運行、維護及維修安全的一種考驗。因此，高壓互鎖是新能源汽車電氣保護的一個重要組成部分。

一、高壓互鎖的結構組成及控制原理

高壓互鎖也被稱為“危險電壓互鎖回路”，其原理圖如圖1所示。高壓互鎖利用小電池發(fā)出的信號來檢測整個高壓回路是否完整，當高壓回路斷開或破損時，高壓互鎖失效。如果高壓互鎖在汽車啟動前失效，車輛將不能上高壓電；如果在汽車行駛中失效，車輛可能會進行報警或斷開高壓等操作，這取決于車輛的邏輯策略。

圖1 某國產電動客車高壓互鎖原理圖

高壓互鎖信號回路包括兩部分，一部分用來監(jiān)測高壓供電回路的完整性，另一部分用來檢測所有的高壓部件保護蓋是否非法開啟，高壓互鎖回路示意圖如圖2所示。

圖2 高壓互鎖回路示意圖

監(jiān)控高壓電源電路完整性的部分也可以分為兩種形式:一種是與高壓電源線并聯(lián)連接,并把所有高壓連接器和連接器監(jiān)控器串聯(lián)連接，形成一個完整的電路；另一種形式是每個高壓部件控制器負責監(jiān)測各自的高壓互鎖信號，只有當所有控制器接收到高壓互鎖信號時，才允許上高壓電。且由于專利、技術儲備、成本等原因，每個廠家會根據(jù)自己的系統(tǒng)去進行調整，所以在修理新能源車的時候必須足夠了解這輛車的策略、電路圖及維修手冊等內容。

二、新能源汽車安全策略

當高壓互鎖系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)危險時，控制器會根據(jù)行駛狀態(tài)和危險程度的故障風險度使用合理的安全策略，這些策略包括以下幾點。

1.故障報警。無論電動車輛的狀態(tài)如何，發(fā)現(xiàn)危險之后，高壓互鎖系統(tǒng)都會提醒駕駛員，讓駕駛員注意到發(fā)生異常情況并及時處理，以避免事故發(fā)生。

2.切斷高壓源。當汽車靜止時，高壓互鎖系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)危險后，發(fā)出故障報警，同時也會斷開繼電器，完全切斷高壓電源，避免高壓危險，確保財產和人身安全。

3.減功率工作。在高速行駛的過程中高壓互鎖回路識別到危險情況后，高壓互鎖系統(tǒng)也不會立即切斷高壓電源。但車輛會提示駕駛員有危險，同時降低車輛的速度，使車輛在小負荷的情況下運行，從而降低發(fā)生高壓危險的概率，同時駕駛員也可以將車輛停到安全的地方，等待救援。

高壓互鎖電路利用串連電路的特點來檢測電路的完整性，一旦檢測到電路中斷，系統(tǒng)就會根據(jù)策略停止供電，以避免風險，所以我們平常維修和高壓電相關的電路時，打開有高壓電裸露部分的蓋子其實高壓電已經切斷。但是由于具體的廠家不同，不能保證每輛車都有高壓互鎖電路，因此在維修的時候一定要按照流程先斷開高壓電再進行維修操作。

三、高壓互鎖故障原因

高壓互鎖回路完整是新能源汽車能夠上高壓電的一個必要條件，必須接通高壓互鎖回路，才能正常上電。如果高壓互鎖回路不能接通，那么一定會導致上不了高壓電的故障現(xiàn)象。高壓互鎖系統(tǒng)故障原因有高壓互鎖回路故障和電子控制系統(tǒng)故障兩種，且一定不能忽略電子控制系統(tǒng)的故障。

四、高壓互鎖故障診斷

由于各個廠家的新能源汽車高壓互鎖線路設計不同，其維修思路也有一些不同。以某國產品牌的純電動車為例排查故障，其互鎖連接原理如圖3所示。

圖3 高壓互鎖回路示意圖

從該車的高壓互鎖連接原理圖來看，該車高壓互鎖回路由高壓電控組成、動力電池包、電池管理器和PTC組成。高壓互鎖回路依次將高壓電控總成低壓導線連接器的端子22、PTC的端子2和端子1、電池管理器的02導線連接器的端子7、電池管理器的01導線連接器的端子1、動力電池包導線連接器的端子9、動力電池包導線連接器的端子14和高壓電控總成低壓導線連接器的端子23串聯(lián)起來。

1.線路插頭虛插的判別

先檢查低壓電池電壓，是否為13.8 V；再檢查高壓互鎖回路的線束是否接插良好。

2. PTC故障的判別

先判定PTC是否完好，因為PTC內部結構簡單，容易測量，最好排除。把PTC的高壓互鎖插頭拔掉，測量PTC的端子1和端子2，檢查PTC是否完好。

3.動力電池包故障

該款車是磷酸鐵鋰電池，整個電池包有13個電池模組，連接方式為串聯(lián)，電壓輸出約為直流633.6 V。動力電池包內部共有4個接觸器。而該電池具備高壓互鎖，因此只有所有接觸器全部連接，電池包的輸出端才能有電壓，如圖4所示。動力電池包通過高壓母線與四合一控制器相連接。斷開小電池負極，拆下小電池的起動導線連接器，拆開四合一控制器端蓋，再裝上負極連接線和起動導線連接器，再啟動汽車。

圖4 動力電池組高壓接口

測量四合一控制器內動力電池導線連接器的輸出電壓，為0。斷開動力電池導線連接器與四合一控制器連接端，檢查動力電池包對車身絕緣情況，DC＋和DC-對搭鐵絕緣電阻均大于500Ω/V，說明絕緣良好，排除了動力電池包對車身漏電的故障。

4.高壓電控總成的檢測

高壓電控總成由于不能打開，并不容易檢測，所以把其他故障排除了基本上可以確定是四合一的故障。

5.小結

新能源汽車的維修不是什么洪水猛獸，但是也不能小看。在維修新能源汽車之前，修理工必須增加對高壓電的認識學習，掌握其性能及高壓安全才能上崗操作。特別提示，在這里只是介紹高壓互鎖電路的工作原理及基礎診斷，而在實際維修中還必須認識全面，安全操作。