基于某款新能源車的高壓互鎖研究及故障排除

周 霖， 成 瀚

（上汽通用汽車有限公司武漢分公司， 湖北 武漢 430000）

電動汽車的快速發(fā)展在給人們帶來出行便利的同時，電動汽車動輒300V以上的高壓電器系統(tǒng)，也給車載高壓用電器的使用安全帶來嚴(yán)峻考驗。高壓互鎖裝置作為一項重要的防護(hù)措施，其復(fù)雜冗長的線路也給高壓互鎖類故障排查帶來了種種困難，本文通過對高壓互鎖機(jī)制的研究，針對某造車過程中出現(xiàn)的高壓互鎖故障的梳理和總結(jié)，從高壓互鎖策略、故障排除方法等兩個方面對高壓互鎖故障進(jìn)行歸納總結(jié)，便于迅速定位故障原因并進(jìn)行有效遏制。

1 高壓互鎖

高壓互鎖HVIL （High Voltage Interlock） 通過低壓信號來檢測電動汽車上整個高壓模塊回路電器連接的完整性［1-2］，由于電動汽車高壓模塊分布在各個子系統(tǒng)中，高壓模塊間的連接通過高壓線束及其插接件形成一個完整的整車高壓系統(tǒng)，在振動及沖擊的惡劣工況下，當(dāng)整個電動汽車高壓回路斷開或者完整性受到破環(huán)時，就需要啟動安全措施，如報警或者斷開高壓回路，因此高壓互鎖的設(shè)計是確保人員安全和車輛設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵［3］。如圖1所示，高壓控制系統(tǒng)由高壓電池、車載充電模塊、電機(jī)控制模塊、驅(qū)動電機(jī)、高壓分配模塊等組成。高壓互鎖監(jiān)控器向高壓互鎖回路提供一個信號電壓，然后檢測返回的信號電壓，如果檢測不到返回的信號電壓，則表明高壓線路可能處于斷路狀態(tài)，若繼續(xù)供電會有安全隱患，此時動力電池控制單元會切斷高壓電供電。

圖1 某純電動汽車高壓系統(tǒng)組成

2 高壓互鎖診斷功能要求及其控制策略

基于高壓互鎖檢測原理得知當(dāng)車輛發(fā)生高壓互鎖故障時，要確保高壓系統(tǒng)以合適的方式進(jìn)行安全斷電，并且在故障排除之前高壓系統(tǒng)不能上高壓，同時觸發(fā)對應(yīng)的診斷故障碼DTC （Diagnostic Test Code）。圖2為某純電動汽車高壓互鎖報警及DTC。

1） 故障報警：無論車輛是否處于行駛狀態(tài)，檢測到HVIL （High Voltage Interlock） 故障，通過儀表SVS （Service Vehicle Soon） 指示燈，提醒駕駛員注意車輛情況。

2） 切斷高壓：當(dāng)車輛處于停駛狀態(tài)，檢測到HVIL故障，通過整車控制可以采取切斷高壓。

3） 限功率行駛：行駛過程中識別到危險時，車輛會依據(jù)車速進(jìn)行判斷，低速不能馬上斷開高壓，首先車輛會發(fā)出提示并點(diǎn)亮驅(qū)動功率限制信號故障燈 （Power Reduced） 提示駕駛員，然后限制功率，并限制油門請求，使車速降低，且不允許加速，當(dāng)BMS檢測到車速小于特定低速的閾值時，直接斷開高壓繼電器，確保車輛在行駛過程中車輛高壓系統(tǒng)工作在較小的負(fù)荷，為駕駛員提供一定的時間靠邊停車。

圖2 某純電動汽車高壓互鎖報警及DTC

3 高壓互鎖的排故及案例分析

HVIL設(shè)計一般有兩種形式，一種是環(huán)形互鎖，一種是星型互鎖。對于星型互鎖而言，可以很方便地排查到出問題的插接件，故障排除較為簡單，本文主要針對環(huán)型互鎖故障類型進(jìn)行介紹。環(huán)型互鎖指所有的高壓件互鎖檢測串聯(lián)到一起，在同一回路上，由BMS檢測整個回路的完整性。環(huán)形互鎖只能一個個排查，下面以某款純電動汽車為例子對純電動車的高壓互鎖排故進(jìn)行舉例。

某款純電動汽車采用典型的環(huán)型設(shè)計，各個高壓模塊都串聯(lián)在同一回路中，BMS檢測高壓互鎖回路的完整性。由于涉及的高壓互鎖模塊眾多，環(huán)形線路較長，給缺陷的排查帶來了一定的困難。

1） 方法1：分割排除法，利用串聯(lián)電路特性采用分割方式，對回路故障進(jìn)行迅速定位。

示例1：針對某車報碼BMS P0A0D.00 BMS INTERLOCK FAILD 故障。在故障排除上，首選回路中間位置自鎖回路插頭進(jìn)行“切塊法”試探，確認(rèn)整個回路的大致故障線路，縮小排故范圍。如圖3通過對車載充電模塊X1-7針腳至電加熱模塊X1-1針腳通斷性檢查（①與②圖示區(qū)域之間），發(fā)現(xiàn)此間回路處于斷路狀態(tài)，直接鎖定故障位于包含高壓電池及高壓壓縮機(jī)等模塊之間回路，如圖3所示紅色回路區(qū)域。

圖3 某純電動汽車高壓互鎖回路電路示意圖

2） 方法2：短接法，利用短接模塊回路方法，對故障回路區(qū)域進(jìn)行定位，確認(rèn)故障是產(chǎn)生于模塊零件內(nèi)部，還是外部線束連接。

示例2：本例中，通過對電池高壓互鎖回路X1-9、X1-6兩根PIN腳的短接，如圖4所示，車載充電模塊X1-7針腳至電加熱模塊X1-1針腳線路回路恢復(fù)導(dǎo)通狀態(tài)，取消短接電池X1-9 、X1-6的PIN腳，互鎖回路恢復(fù)不導(dǎo)通狀態(tài)。得知產(chǎn)生高壓互鎖故障是源于高壓電池區(qū)域。

圖4 某純電動汽車高壓電池區(qū)域互鎖原理圖

3） 方法3：排除法，針對故障區(qū)域故障樹建立，逐一排查故障，鎖定故障原因。

示例3：由電池區(qū)域原理圖4及互鎖回路插接件示意圖5可知，互鎖回路存在于模塊內(nèi)部，也通過高壓連接器內(nèi)部的U型回路監(jiān)控整個高壓插接件連接狀態(tài)的完整性。模塊內(nèi)部及模塊高壓插接件之間的互鎖回路故障，均會引發(fā)車輛高壓互鎖報碼，通過故障樹建立逐項排除，進(jìn)行故障定位。

圖5 某純電動汽車高壓電池區(qū)域互鎖回路插接件示意圖

本案例中，通過圖6魚骨圖排除法，在確認(rèn)電池高壓插接件連接狀態(tài)時，發(fā)現(xiàn)插頭高壓互鎖回路插接件塑件發(fā)生擠壓變形，導(dǎo)致互鎖回路故障，如圖7所示。

圖6 電池區(qū)域高壓互鎖魚骨排除法

圖7 電池高壓插接件互鎖回路塑件潰縮變形缺陷狀態(tài)

結(jié)論：通過分析鎖定到此次車輛互鎖故障發(fā)生的原因是在電池與高壓線束結(jié)合插接件的位置，互鎖回路低壓插頭在安裝過程中被破環(huán)，導(dǎo)致整個互鎖回路不導(dǎo)通。修復(fù)插接件后故障排除。

4 結(jié)論

針對純電動汽車高壓互鎖邏輯判斷，在串聯(lián)式高壓互鎖回路中，當(dāng)高壓線束或者高壓模塊本身出現(xiàn)短路及斷路故障時，此時觸發(fā)車輛高壓互鎖保護(hù)機(jī)制，這類問題的排查需要針對性使用“分割法”縮小故障排除范圍，通常情況下，選取整個回路居中位置的互鎖回路插接件，分段式測量通斷，進(jìn)而定義故障區(qū)域是簡單而高效方式。此外“短接”模塊方法對于判斷故障位于模塊內(nèi)部或者模塊外部線路有很好的效果，對高壓互鎖故障排查具有較好的指導(dǎo)意義。