榮威純電動(dòng)汽車(chē)E50 高壓互鎖工作原理與故障分析

胡東輝

（上海市公用事業(yè)學(xué)校， 上海 200030）

電動(dòng)汽車(chē)是以車(chē)載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪行駛的車(chē)輛。隨著中國(guó)大力推動(dòng)以新能源汽車(chē)為代表的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，出臺(tái)多項(xiàng)支持和補(bǔ)貼政策，電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)得以飛速發(fā)展，產(chǎn)銷(xiāo)量連年高速增長(zhǎng)。但是電動(dòng)汽車(chē)的構(gòu)造、工作原理、維修保養(yǎng)等與傳統(tǒng)汽車(chē)又有很大的區(qū)別，尤其是高壓電氣部分，一般都要在300V以上，需要有可靠的高壓安全防護(hù)技術(shù)來(lái)保障電動(dòng)汽車(chē)的安全使用，高壓互鎖就是其中關(guān)鍵的部分。本文以榮威E50的高壓互鎖維修案例為例，介紹高壓互鎖的組成和工作原理，分析榮威E50高壓互鎖電路并給出故障診斷的思路和方法。

1 故障案例

一輛2012年的榮威E50純電動(dòng)汽車(chē)，在正常行駛中突遇劇烈顛簸后動(dòng)力不足，無(wú)法加速并亮故障燈，靠邊停車(chē)后熄火再啟動(dòng)，高壓無(wú)法上電。拖進(jìn)4S店，接榮威專(zhuān)用診斷儀顯示動(dòng)力電池 （BMS）有故障，讀取故障碼為高壓互鎖A低壓線路高。初步判斷是由于高壓互鎖故障引起車(chē)輛高壓無(wú)法上電。

2 高壓互鎖

2.1 定義

高壓互鎖 （HVIL，High Voltage Interlock Loop）裝置指通過(guò)使用電氣信號(hào)，來(lái)檢查整個(gè)高壓產(chǎn)品、導(dǎo)線、插接器及護(hù)蓋的電氣完整性和連續(xù)性，當(dāng)識(shí)別到回路異常斷開(kāi)時(shí)，車(chē)輛可以及時(shí)斷開(kāi)高壓電以保護(hù)駕乘人員和維修人員安全的裝置。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 6469.3-2011《電動(dòng)道路車(chē)輛 安全規(guī)范第3部分：人身防電擊保護(hù)》中，規(guī)定車(chē)上的高壓部件應(yīng)具有高壓互鎖裝置。

2.2 作用

1）確保整車(chē)在高壓上電前整個(gè)高壓系統(tǒng)的完整性，使高壓處于一個(gè)封閉的環(huán)境下工作，提高安全性。

2）當(dāng)整車(chē)在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，高壓互鎖識(shí)別到危險(xiǎn)，除了故障報(bào)警外，還通過(guò)控制系統(tǒng)切斷高壓源，避免可能發(fā)生的高壓危險(xiǎn)，確保財(cái)產(chǎn)和人身安全。

3）當(dāng)整車(chē)在行駛狀態(tài)時(shí)，高壓互鎖識(shí)別到危險(xiǎn)，除了故障報(bào)警外，不能馬上切斷高壓源，通過(guò)控制系統(tǒng)降低電機(jī)的運(yùn)行功率，使整車(chē)在小負(fù)荷下運(yùn)行，盡量降低高壓危險(xiǎn)的可能性，同時(shí)也允許駕駛員將車(chē)輛停到安全地方。

4）防止帶電插拔高壓連接器給高壓連接端子造成拉弧損壞，甚至造成人員傷害。

2.3 分類(lèi)

1）環(huán)路互鎖。環(huán)路互鎖是通過(guò)發(fā)送一個(gè)低壓信號(hào)來(lái)檢測(cè)首尾相連的電氣回路的連續(xù)性和完整性，以監(jiān)測(cè)高壓系統(tǒng)可能存在的安全隱患，比如插拔互鎖、開(kāi)蓋互鎖。

2）功能互鎖。功能互鎖是一些有特定防護(hù)功能的高壓安全防護(hù)電路，比如碰撞保護(hù)、充電保護(hù)。

2.4 工作原理

1）插拔互鎖。為了監(jiān)測(cè)高壓電路中插接件連接的完整性、可靠性，采用低壓導(dǎo)線作為信號(hào)線與高壓電路并排在高壓線束護(hù)套管內(nèi)，并分別與高壓連接器連接確認(rèn)插腳連接，將所有的高壓部件串接起來(lái)組成回路。由于高壓插頭中高壓電的正負(fù)極端子的長(zhǎng)度比中間互鎖端子的長(zhǎng)度長(zhǎng)，當(dāng)要連接高壓插頭時(shí)，高壓正負(fù)端子先于中間互鎖端子連接；當(dāng)要斷開(kāi)高壓插頭時(shí)，中間互鎖端子先于高壓正負(fù)端子脫開(kāi)，這樣的設(shè)計(jì)就避免了高壓拉弧的產(chǎn)生。

2）開(kāi)蓋互鎖。高壓互鎖回路內(nèi)還包括用于監(jiān)測(cè)高壓部件蓋板是否可靠關(guān)閉的行程開(kāi)關(guān) （開(kāi)蓋保護(hù)開(kāi)關(guān)）。信號(hào)線將所有高壓器件上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)全部串聯(lián)起來(lái)，組成一條監(jiān)測(cè)信號(hào)回路，即互鎖信號(hào)回路。高壓回路內(nèi)某一個(gè)部位沒(méi)有連接好，互鎖信號(hào)沒(méi)有送入整車(chē)控制器內(nèi)，整車(chē)控制器斷開(kāi)動(dòng)力電池對(duì)外的供電，以保護(hù)人員的安全。

3）碰撞保護(hù)。高壓互鎖回路中還可以包括車(chē)輛碰撞信號(hào)。當(dāng)整車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)，碰撞傳感器發(fā)出信號(hào)，觸發(fā)斷電信號(hào)，整車(chē)控制器使高壓電源在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)斷開(kāi)，并利用高壓系統(tǒng)余電放電電路將汽車(chē)高壓部件電容端的電壓在很短時(shí)間內(nèi)放掉，避免火災(zāi)或漏電事故引起的人員觸電事故的發(fā)生，以保障用戶的安全。

3 榮威E50高壓互鎖的電路分析

3.1 功能互鎖

1）碰撞保護(hù)。如圖1所示，慣性開(kāi)關(guān)位于前排乘客側(cè)手套箱右后方，固定在右側(cè)A柱上。當(dāng)車(chē)輛發(fā)生碰撞，加速度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，慣性開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，高壓電池包ESS的低壓插接頭BY113的8號(hào)腳檢測(cè)不到從?；鹁€30經(jīng)過(guò)慣性開(kāi)關(guān)過(guò)來(lái)的12V電壓信號(hào)，車(chē)輛自動(dòng)切斷高壓供電系統(tǒng)。慣性開(kāi)關(guān)頂面設(shè)一個(gè)重置按鈕。圖2為慣性開(kāi)關(guān)相關(guān)電路，電路走向：?；鹁€30→EF7→IF5→慣性開(kāi)關(guān)→高壓電池包ESS的低壓插接頭BY113的8號(hào)腳。

圖1 慣性開(kāi)關(guān)位置

圖2 慣性開(kāi)關(guān)電路

2）充電保護(hù)。榮威E50的充電回路也有保護(hù)，圖3為充電保護(hù)電路，高壓電池包ESS的低壓插接頭BY115的7號(hào)腳是源路，6號(hào)腳是回路，該回路確?？斐?、慢充時(shí)高壓電池包ESS的低壓插頭BY115插頭不松落，以保護(hù)充電時(shí)控制電路的可靠性。

圖3 充電保護(hù)電路

3.2 環(huán)路互鎖

1）高壓電池包ESS。圖4為高壓電池包的實(shí)物圖，圖5為高壓電池包的示意圖。圖5中2號(hào)是低壓插接件BY113。高壓電池包ESS的低壓插接件BY113的9號(hào)腳是環(huán)路互鎖線路的源路，提供12V電源，6號(hào)腳是環(huán)路互鎖線路的回路，提供一個(gè)占空比為50%的信號(hào)。圖6為BY113的6號(hào)腳上測(cè)得的信號(hào)波形。

圖4 高壓電池包的實(shí)物圖

圖5 高壓電池包的示意圖

圖6 信號(hào)波形

2）高壓配電單元PDU、電空調(diào)壓縮機(jī)。PDU-1為開(kāi)蓋互鎖，如圖7所示。PDU-2為插拔互鎖，如圖8所示。電路圖見(jiàn)圖2，信號(hào)走向：高壓電池包ESS的插接件BY113的9號(hào)腳→開(kāi)蓋互鎖PDU-1→插拔互鎖PDU-2→電空調(diào)壓縮機(jī)的插接件BY010的6號(hào)腳。

圖7 PDU-1開(kāi)蓋互鎖

圖8 PDU-2插拔互鎖

3）電力電子箱PEB、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、PTC控制器。圖9為電路圖。信號(hào)走向：電空調(diào)壓縮機(jī)的插接件BY010的7號(hào)腳→電力電子箱PEB的插接件BY015的53號(hào)腳→電力電子箱PEB的插接件BY015的56號(hào)腳→驅(qū)動(dòng)電機(jī)的插接件BY018的3號(hào)腳→驅(qū)動(dòng)電機(jī)的插接件BY018的4號(hào)腳→PTC控制器的插接件BY997的1號(hào)腳。

圖9 電路圖

4）圖10為完整的環(huán)路互鎖回路示意圖。信號(hào)走向：高壓電池包ESS的插接件BY113的9號(hào)腳→開(kāi)蓋互鎖PDU-1→插拔互鎖PDU-2→電空調(diào)壓縮機(jī)的插接件BY010的6號(hào)腳→電空調(diào)壓縮機(jī)的插接件BY010的7號(hào)腳→電力電子箱PEB的插接件BY015的53號(hào)腳→電力電子箱PEB的插接件BY015的56號(hào)腳→驅(qū)動(dòng)電機(jī)的插接件BY018的3號(hào)腳→驅(qū)動(dòng)電機(jī)的插接件BY018的4號(hào)腳→PTC控制器的插接件BY997的1號(hào)腳→PTC控制器的插接件BY997的2號(hào)腳→高壓電池包ESS的插接件BY113的6號(hào)腳。

圖10 完整的環(huán)路互鎖回路示意圖

4 故障檢測(cè)與診斷

4.1 維修前準(zhǔn)備工作

電動(dòng)汽車(chē)作業(yè)時(shí)，安全防護(hù)是至關(guān)重要的，300～500V的電足以使人致命。一定要做好維修前場(chǎng)地、工位、車(chē)輛、設(shè)備、人員等的相關(guān)準(zhǔn)備工作，嚴(yán)格按國(guó)家相關(guān)的新能源汽車(chē)維修技術(shù)規(guī)范來(lái)操作。

4.2 斷開(kāi)高壓電

先斷開(kāi)蓄電池負(fù)極，再斷開(kāi)手動(dòng)維修開(kāi)關(guān)，然后等待10min以上，等電路中容性設(shè)備充分放電，用萬(wàn)用表和絕緣表確認(rèn)車(chē)輛下電成功，除高壓電池外其余高壓設(shè)備和線路都不帶電。

4.3 故障檢測(cè)

1）電阻法：用萬(wàn)用表電阻擋逐段檢測(cè)環(huán)路互鎖回路中的各段信號(hào)電路的電阻，電阻應(yīng)小于1Ω。由于電力電子箱的BY015在前艙比較容易操作的地方，可以通過(guò)二分法先判斷出是前段還是后段的故障。即通過(guò)檢測(cè)電力電子箱BY015的53號(hào)腳到高壓電池包BY113的9號(hào)腳的電阻和電力電子箱BY015的56號(hào)腳到高壓電池包BY113的6號(hào)腳的電阻來(lái)判斷故障在哪一段。

2）電壓法：接上蓄電池負(fù)極，接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，此時(shí)低壓上電，高壓無(wú)法上電，故障燈亮，READY燈不亮，車(chē)輛無(wú)法行駛，用萬(wàn)用表直流電壓擋逐點(diǎn)檢測(cè)環(huán)路互鎖回路中各點(diǎn)的電壓，電壓為12V，說(shuō)明該點(diǎn)與高壓電池包ESS的插接件BY113的9號(hào)腳之間的電路是通的；電壓為0V，說(shuō)明該點(diǎn)與前一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)之間的電路開(kāi)路。

3）檢測(cè)結(jié)果：電力電子箱BY015的53號(hào)腳到高壓電池包BY113的9號(hào)腳不通，再檢測(cè)高壓配電單元PDU的開(kāi)蓋互鎖和插拔互鎖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)左側(cè)的插拔互鎖有稍許的松動(dòng)。

4.4 故障診斷

診斷的結(jié)果是由于未知的原因造成了高壓配電單元PDU左側(cè)的插拔互鎖沒(méi)有完全扣緊，在車(chē)輛行駛中累積的顛簸使得插頭有稍許的松動(dòng)，觸發(fā)了高壓互鎖回路的報(bào)警，發(fā)生了上述故障?？劬o插頭后上電，故障排除。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)榮威E50高壓互鎖的維修案例，介紹了高壓互鎖的定義、作用、分類(lèi)和工作原理，具體分析了榮威E50環(huán)路互鎖電路的信號(hào)走向并畫(huà)出環(huán)路互鎖的回路示意圖，給出了榮威E50環(huán)路互鎖故障診斷的思路和方法，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)高壓互鎖的故障診斷與維修有一定的借鑒意義。