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(xué)社社員；享受國(guó)務(wù)院特殊津貼的汽車維修高級(jí)技師；無(wú)錫有突出貢獻(xiàn)的中青年專家；一汽汽車(轎車)特約維修服務(wù)中心江蘇區(qū)域首席技術(shù)指導(dǎo)師；無(wú)錫市機(jī)動(dòng)車維修行業(yè)協(xié)會(huì)車大夫?qū)＜遥粺o(wú)錫電視臺(tái)汽車時(shí)代、無(wú)錫交通臺(tái)、車大夫修車網(wǎng)專家講師；領(lǐng)創(chuàng)“李志軍技能大師工作室”；汽車技術(shù)學(xué)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(chǔ)能系統(tǒng)(動(dòng)力電池組)、動(dòng)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(duì)汽車高壓部件運(yùn)行、維護(hù)及維修安全的一種考驗(yàn)。因此，高壓互鎖是新能源汽車電氣保護(hù)的一個(gè)重要組成部分。

一、高壓互鎖的結(jié)構(gòu)組成及控制原理

高壓互鎖也被稱為“危險(xiǎn)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(hào)來(lái)檢測(cè)整個(gè)高壓回路是否完整，當(dāng)高壓回路斷開(kāi)或破損時(shí)，高壓互鎖失效。如果高壓互鎖在汽車啟動(dòng)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(huì)進(jìn)行報(bào)警或斷開(kāi)高壓等操作，這取決于車輛的邏輯策略。

圖1 某國(guó)產(chǎn)電動(dòng)客車高壓互鎖原理圖

高壓互鎖信號(hào)回路包括兩部分，一部分用來(lái)監(jiān)測(cè)高壓供電回路的完整性，另一部分用來(lái)檢測(cè)所有的高壓部件保護(hù)蓋是否非法開(kāi)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(gè)完整的電路；另一種形式是每個(gè)高壓部件控制器負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)各自的高壓互鎖信號(hào)，只有當(dāng)所有控制器接收到高壓互鎖信號(hào)時(shí)，才允許上高壓電。且由于專利、技術(shù)儲(chǔ)備、成本等原因，每個(gè)廠家會(huì)根據(jù)自己的系統(tǒng)去進(jìn)行調(diào)整，所以在修理新能源車的時(shí)候必須足夠了解這輛車的策略、電路圖及維修手冊(cè)等內(nèi)容。

二、新能源汽車安全策略

當(dāng)高壓互鎖系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)，控制器會(huì)根據(jù)行駛狀態(tài)和危險(xiǎn)程度的故障風(fēng)險(xiǎn)度使用合理的安全策略，這些策略包括以下幾點(diǎn)。

1.故障報(bào)警。無(wú)論電動(dòng)車輛的狀態(tài)如何，發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)之后，高壓互鎖系統(tǒng)都會(huì)提醒駕駛員，讓駕駛員注意到發(fā)生異常情況并及時(shí)處理，以避免事故發(fā)生。

2.切斷高壓源。當(dāng)汽車靜止時(shí)，高壓互鎖系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)后，發(fā)出故障報(bào)警，同時(shí)也會(huì)斷開(kāi)繼電器，完全切斷高壓電源，避免高壓危險(xiǎn)，確保財(cái)產(chǎn)和人身安全。

3.減功率工作。在高速行駛的過(guò)程中高壓互鎖回路識(shí)別到危險(xiǎn)情況后，高壓互鎖系統(tǒng)也不會(huì)立即切斷高壓電源。但車輛會(huì)提示駕駛員有危險(xiǎn)，同時(shí)降低車輛的速度，使車輛在小負(fù)荷的情況下運(yùn)行，從而降低發(fā)生高壓危險(xiǎn)的概率，同時(shí)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(diǎn)來(lái)檢測(cè)電路的完整性，一旦檢測(cè)到電路中斷，系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)策略停止供電，以避免風(fēng)險(xiǎn)，所以我們平常維修和高壓電相關(guān)的電路時(shí)，打開(kāi)有高壓電裸露部分的蓋子其實(shí)高壓電已經(jīng)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(shí)候一定要按照流程先斷開(kāi)高壓電再進(jìn)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(gè)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(huì)導(dǎo)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(gè)廠家的新能源汽車高壓互鎖線路設(shè)計(jì)不同，其維修思路也有一些不同。以某國(guó)產(chǎn)品牌的純電動(dòng)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(lái)看，該車高壓互鎖回路由高壓電控組成、動(dòng)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(dǎo)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(dǎo)線連接器的端子7、電池管理器的01導(dǎo)線連接器的端子1、動(dòng)力電池包導(dǎo)線連接器的端子9、動(dòng)力電池包導(dǎo)線連接器的端子14和高壓電控總成低壓導(dǎo)線連接器的端子23串聯(lián)起來(lái)。

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?yàn)镻TC內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易測(cè)量，最好排除。把PTC的高壓互鎖插頭拔掉，測(cè)量PTC的端子1和端子2，檢查PTC是否完好。

3.動(dòng)力電池包故障

該款車是磷酸鐵鋰電池，整個(gè)電池包有13個(gè)電池模組，連接方式為串聯(lián)，電壓輸出約為直流633.6 V。動(dòng)力電池包內(nèi)部共有4個(gè)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(dòng)力電池包通過(guò)高壓母線與四合一控制器相連接。斷開(kāi)小電池負(fù)極，拆下小電池的起動(dòng)導(dǎo)線連接器，拆開(kāi)四合一控制器端蓋，再裝上負(fù)極連接線和起動(dòng)導(dǎo)線連接器，再啟動(dòng)汽車。

圖4 動(dòng)力電池組高壓接口

測(cè)量四合一控制器內(nèi)動(dòng)力電池導(dǎo)線連接器的輸出電壓，為0。斷開(kāi)動(dòng)力電池導(dǎo)線連接器與四合一控制器連接端，檢查動(dòng)力電池包對(duì)車身絕緣情況，DC＋和DC-對(duì)搭鐵絕緣電阻均大于500Ω/V，說(shuō)明絕緣良好，排除了動(dòng)力電池包對(duì)車身漏電的故障。

4.高壓電控總成的檢測(cè)

高壓電控總成由于不能打開(kāi)，并不容易檢測(cè)，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(jié)

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(duì)高壓電的認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)，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(chǔ)診斷，而在實(shí)際維修中還必須認(rèn)識(shí)全面，安全操作。