新能源汽車高壓互鎖故障分析與排除

佘翔

摘要：新能源汽車上一般都使用了高壓互鎖這一安全措施，本文以吉利EV300純電動車型為例，介紹了高壓互鎖系統的結構、工作原理、控制方法和故障診斷思路，對維修人員從事電動汽車的高壓互鎖回路的檢修具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：新能源;高壓互鎖;檢修

0 ?引言

純電動汽車與傳統內燃機汽車相比，多了動力電池、電機控制器、車載充電器、高壓分線盒、DCDC轉換器等高壓元器件，互相之間通過高壓線束連接。高壓系統工作電源一般在300V以上，因此如何保障其使用安全是一項重要課題。其中，高壓高壓互鎖（High Voltage Interlock Loop）就是純電動汽車上的一個重要安全功能，它的作用是用來檢測高壓回路中高壓連接器的連接狀態，識別高壓連接器未連接或意外斷開的故障。

1 ?高壓互鎖的結構

高壓互鎖的實現首先依靠連接器自身的結構。如高壓連接件上設置互鎖接口，圖1可以看出，高壓連接器除了自身的高壓大電流接口外，還集成了一個HVIL接口;接口有兩個PIN腳，當高壓連接器插合后，兩個PIN成短路狀態;當高壓連接器斷開后，這兩個PIN腳成開路狀態。同理，在高壓元件的蓋上也有類似設置。當高壓部件連接完整后，高壓互鎖構成封閉回路，相關模塊就能通過檢測互鎖回路來判斷高壓回路的完整性。

2 ?高壓互鎖的檢測原理

高壓連接器中的HVIL接口與高壓大電流接口在插入或拔出時，有個時間差，如圖2所示;當連接器插入時，高壓端子先接觸，HVIL端子后接觸，時間差為Δt1;當連接器拔出時，HVIL端子先斷開，高壓端子后斷開，時間差為Δt2;這樣的話HVIL端子就能確保高壓端子已經可靠連接或提前預判其意外斷開。

HVIL檢測電路，一般分為兩種，直流源方案與PWM方案，如圖3所示。左圖為直流源方案簡圖，外部施加一個直流源在整個HVIL環路上面，通過檢測V1＼V2處的電壓，來診斷高壓連接器狀態;右圖為PWM方案簡圖，引入了一個可控的開關，同樣還是檢測V1＼V2處的電壓，不過通過控制開關，可以得到兩組值，用來識別出更多的狀態。

以吉利EV300為例，其設計采用的是第二種模式，用示波器檢測器正常波形如圖4所示，即發送和接收的都是50%占空比的PWM信號，最高電壓約為10V左右，使用萬用表直流檔檢測工作電壓約為5V，檢測波形如圖4所示。

3 ?吉利EV300汽車高壓互鎖回路

吉利EV300上共設計了3條互鎖回路。本文選擇其中一條為例闡述，其連接線路如圖5所示。

VCU發出的PWM信號從CA55/73發出，經過插接器CA70/1、EP01/1后，從EP11/1進入PEU，在PEU上分別流經了上蓋互鎖開關和高壓線束內的互鎖端子，從EP11/4流出，同理，通過電路圖可以分析出其他路徑，最終由VCU的CA55/51檢測接收到的PWM信號。

4 ?高壓互鎖故障現象

當ECU無法接收到正常的PWM信號后，認為高壓互鎖系統出現故障，VCU會根據行駛狀態和危險程度的故障等級使用合理的安全控制方法，主要有：

①切斷高壓電源。汽車沒啟動時，VCU控制BMS切斷主正和主負接觸器，從而切斷高壓電源的輸出，點亮駕駛員儀表上的系統故障燈，提醒駕駛員和維修人員。

②減功率工作。在高速行駛時為了保障行車安全，不會直接斷電，而是通過聲光信號提示駕駛員，同時降低汽車動力輸出，進入跛行狀態。

作為維修人員，可以通過診斷儀讀取到相關故障碼，如：VCU高壓互鎖斷開、VCU高壓互鎖短路故障、準備充電過程中高壓互鎖檢測超時等。

5 ?高壓互鎖故障的排除

互鎖故障的排除原因主要有VCU自身和互鎖線路兩個方面，互鎖線路方面又分斷路、短路、虛接等多種情況，檢修方法多樣，簡述如下：

5.1 互鎖回路的檢修

①將電源開關置于OFF擋，斷開低壓輔助蓄電池負極，然后斷開VCU上CA55端子，測量CA55/51與CA55/73間電阻，正常應小于1Ω，若不是，則說明出現了斷路故障，分段檢測直至找到故障點即可;②斷路故障排除后，試車驗證，若故障仍存在，使用背插法，測量CA55/51的對地電壓或讀取波形，若不正常，說明可能存在信號短路故障，使用隔離法找到故障點即可。

5.2 ECU自身

若線路正常，則說明故障點在ECU內部。

6 ?小結

本文以吉利EV300純電動車型為例，介紹了高壓互鎖系統的結構、工作原理、控制方法和故障診斷思路，對維修人員從事電動汽車的高壓互鎖回路的檢修具有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]高竇平，張小興.芻議新能源汽車高壓互鎖系統的原理及故障[J].價值工程，2019，38（26）：160-161.

[2]佘小芬.純電動汽車高壓互鎖及失效問題分析[J].內燃機與配件，2019（08）：53-54.

[3]謝道燃.豐田普銳斯轎車無法行駛故障維修[J].內燃機與配件，2019（08）：144-145.