新能源汽車高壓互鎖原理及故障診斷方法研究

譚仕發(fā)

（眉山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 眉山 620010）

高壓互鎖系統(tǒng)作為新能源汽車的重要組成部分，具有保障安全的重要作用，高壓互鎖故障可能引起整車不能上高壓、不能行駛、不能充電，甚至在行車過程中的互鎖故障可能直接導(dǎo)致動力中斷，從而引發(fā)嚴重后果。針對新能源汽車頻發(fā)的高壓互鎖系統(tǒng)問題，本文互鎖原理及診斷方法具有研究價值和實際意義，同時也為維修技能人員提供一定的參考。

1 高壓互鎖原理

1.1 互鎖原理

在高壓插接器上存在有互鎖接口和高壓接口，且兩接口的端子長度有差異。通常高壓端子長于互鎖端子，當(dāng)連接高壓插接器時，高壓端子先連通，互鎖端子后連通；當(dāng)拔出高壓插接器時，互鎖端子先斷開，高壓端子再斷開，如圖1、圖2所示。

圖1 高壓、互鎖接口實物圖

圖2 高壓、互鎖接口連接狀態(tài)示意圖

高壓連接器中的互鎖接口與高壓大電流接口在插入或拔出時有個時間差，如圖3所示；當(dāng)連接器插入時，高壓端子先接觸，HVIL端子后接觸，時間差為Δt1；當(dāng)連接器拔出時，互鎖端子先斷開，高壓端子后斷開，時間差為Δt2；這樣HVIL端子就能確保高壓端子已經(jīng)可靠連接或提前預(yù)判其意外斷開。

圖3 高壓插接器插拔過程高壓、互鎖端子通斷時差示意圖

高壓互鎖系統(tǒng)完整及連續(xù)是高壓上電的必要條件，所以在設(shè)計高壓插接器時，不同長度的互鎖端子和高壓端子可以提高整車上電的安全性，避免帶電插拔高壓插頭所引起的一些安全問題。

1.2 吉利帝豪EV450互鎖環(huán)路

吉利帝豪EV450車型高壓系統(tǒng)包括動力電池、車載充電機與高壓盒二合一、電機控制器與DCDC二合一、空調(diào)壓縮機、PTC加熱器。高壓互鎖回路由整車控制器VCU上CA67插件76號腳發(fā)出，連接至電機控制器BV11插件1號腳。

電機控制器接收到互鎖信號后，由BV11插件4號腳發(fā)出，連接至車載充電機BV10插件26號腳。車載充電機接收到互鎖信號后，由BV10插件27號腳發(fā)出，連接至空調(diào)壓縮機BV08插件6號腳?？照{(diào)壓縮機接收到互鎖信號后，由BV08插件7號腳發(fā)出，連接至PTC加熱控制器CA61插件5號腳。PTC加熱控制器接收到互鎖信號后，由CA61插件7號腳連接至VCU的CA66插件58號腳，如圖4所示。

圖4 高壓互鎖環(huán)路示意圖

2 故障診斷方法

高壓互鎖故障屬于常見的一種高壓系統(tǒng)故障，在其他各類新能源汽車中時有發(fā)生，下面以EV450高壓互鎖故障案例來說明診斷方法。

2.1 故障現(xiàn)象

一輛2018款吉利帝豪EV450純電動汽車，搭載TZ220XS503型驅(qū)動電機，動力電池額定電壓346V，額定容量150Ah，VIN碼LB378Y4W1JA18****，行駛里程1595km。該車不能上高壓，READY燈不亮，儀表報動力系統(tǒng)故障，如圖5所示。

圖5 儀表故障顯示

2.2 現(xiàn)象分析

READY燈不亮，整車沒能完成運行準備，說明車輛在上高壓過程中出現(xiàn)了故障。帝豪EV450高壓上電需經(jīng)過低壓上電，即在上高壓電的過程中，要確保低壓上電正常，低壓正常上電后，中央集控器BCM收到上高壓電請求信號時，將發(fā)送啟動信號至整車控制器VCU→VCU確認制動信號正常，VCU檢查互鎖信號，喚醒電機控制器。BMS檢查碰撞信號正?！J證成功后，VCU通過動力通信P-CAN向BMS請求上電→BMS檢測確保動力電池內(nèi)的溫度、電壓采樣、漏電傳感器信號以及絕緣等正常，從而接通動力電池的預(yù)充接觸器和負極接觸器→PEU檢測預(yù)充完成情況，預(yù)充完成后，通過動力通信P-CAN告知BMS→BMS接通正極接觸器→PEU檢測上電完成，并通過動力通信P-CAN告知VCU上電完成→VCU通過低速通信V-CAN告知組合儀表上電完成→儀表上READY燈點亮，如圖6所示。

圖6 EV450高壓上電控制原理示意

同時，儀表能正常點亮且沒有電動助力轉(zhuǎn)向故障提示燈，轉(zhuǎn)向柱能正常解鎖，BCM正常；動力電池電量SOC充足，沒有動力電池系統(tǒng)故障提示，動力電池及管理系統(tǒng)正常；系統(tǒng)故障燈點亮，初步分析可能故障為：高壓互鎖故障、制動信號故障、整車控制器對電機控制器的喚醒信號故障、電機控制器沒能正常工作等方面。

連接解碼器，讀取故障代碼，縮小故障范圍。根據(jù)解碼器顯示，故障代碼為：①P1CBE04高壓互鎖PWM（脈寬調(diào)制）輸出信號開路；②P1C4096高壓互鎖故障。下面對故障進行診斷排除。

2.3 診斷方法

2.3.1 互鎖環(huán)路診斷法

首先經(jīng)目測、手動檢查插接器的連接情況，確保插接器可靠連接；拔下低壓蓄電池負極，完成低壓下電；拔下VCU插件CA67和CA66；用萬用表檢查互鎖線路的輸出端CA67-76與輸入端CA66-58之間的電阻，參考圖4和圖7。

圖7 互鎖環(huán)路檢查

若檢查發(fā)現(xiàn)互鎖環(huán)路輸出端與輸入端電阻為無窮大，則說明環(huán)路存在斷路。選擇檢查輸出端CA67-76與車載充電機BV10-27之間電阻，若電阻為無窮大，則此兩點間斷路，可分段檢查診斷處斷路點；若電阻小于1Ω，則判斷車載充電機BV10-27與輸入端CA66-58之間斷路，分段檢查找到斷路點。

2.3.2 互鎖信號診斷法

拔下車載充電機低壓插件BV10，將探針插入到27號端子，連接示波器，讀取互鎖信號波形。圖8為互鎖信號的正常波形。

圖8 互鎖信號波形

若沒有信號波形輸出或信號波形存在異常的波動，說明在互鎖信號輸出端CA67-76到車載充電機BV10-27之間的互鎖環(huán)路上存在斷點或者有信號干擾，可能由于臟物或水分侵入插件，引起端子銹蝕，導(dǎo)致偶發(fā)性互鎖故障，可以從信號輸出端到檢測點逐段檢查互鎖環(huán)路。

若測試信號正常，可以從測試點BV10-27到互鎖信號輸入端CA66-58逐段檢查互鎖環(huán)路。

3 總結(jié)

高壓互鎖系統(tǒng)作為新能源汽車高壓系統(tǒng)主動安全管理的部分，承擔(dān)著監(jiān)視高壓回路完整性及連續(xù)性的重要作用。以吉利帝豪EV450車型的高壓互鎖故障的診斷排除為例，總結(jié)出了兩個高壓互鎖的診斷方法。

1）互鎖環(huán)路診斷法，即以互鎖環(huán)路的封閉、連續(xù)性作為高壓互鎖正常的前提，通過檢查互鎖環(huán)路輸出端與輸入端電阻的方法逐漸縮小故障范圍，最終鎖定故障。

2）互鎖信號診斷法，即采用示波器采集互鎖信號波形，通過對比輸出端與輸入端波形的方法逐漸縮小故障范圍，最終鎖定故障。