基于某款新能源車(chē)的高壓互鎖研究及故障排除

周 霖， 成 瀚

（上汽通用汽車(chē)有限公司武漢分公司， 湖北 武漢 430000）

電動(dòng)汽車(chē)的快速發(fā)展在給人們帶來(lái)出行便利的同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)輒300V以上的高壓電器系統(tǒng)，也給車(chē)載高壓用電器的使用安全帶來(lái)嚴(yán)峻考驗(yàn)。高壓互鎖裝置作為一項(xiàng)重要的防護(hù)措施，其復(fù)雜冗長(zhǎng)的線(xiàn)路也給高壓互鎖類(lèi)故障排查帶來(lái)了種種困難，本文通過(guò)對(duì)高壓互鎖機(jī)制的研究，針對(duì)某造車(chē)過(guò)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(gè)方面對(duì)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(guò)低壓信號(hào)來(lái)檢測(cè)電動(dòng)汽車(chē)上整個(gè)高壓模塊回路電器連接的完整性［1-2］，由于電動(dòng)汽車(chē)高壓模塊分布在各個(gè)子系統(tǒng)中，高壓模塊間的連接通過(guò)高壓線(xiàn)束及其插接件形成一個(gè)完整的整車(chē)高壓系統(tǒng)，在振動(dòng)及沖擊的惡劣工況下，當(dāng)整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)高壓回路斷開(kāi)或者完整性受到破環(huán)時(shí)，就需要啟動(dòng)安全措施，如報(bào)警或者斷開(kāi)高壓回路，因此高壓互鎖的設(shè)計(jì)是確保人員安全和車(chē)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(chē)載充電模塊、電機(jī)控制模塊、驅(qū)動(dòng)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(gè)信號(hào)電壓，然后檢測(cè)返回的信號(hào)電壓，如果檢測(cè)不到返回的信號(hào)電壓，則表明高壓線(xiàn)路可能處于斷路狀態(tài)，若繼續(xù)供電會(huì)有安全隱患，此時(shí)動(dòng)力電池控制單元會(huì)切斷高壓電供電。

圖1 某純電動(dòng)汽車(chē)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(cè)原理得知當(dāng)車(chē)輛發(fā)生高壓互鎖故障時(shí)，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(shí)觸發(fā)對(duì)應(yīng)的診斷故障碼DTC （Diagnostic Test Code）。圖2為某純電動(dòng)汽車(chē)高壓互鎖報(bào)警及DTC。

1） 故障報(bào)警：無(wú)論車(chē)輛是否處于行駛狀態(tài)，檢測(cè)到HVIL （High Voltage Interlock） 故障，通過(guò)儀表SVS （Service Vehicle Soon） 指示燈，提醒駕駛員注意車(chē)輛情況。

2） 切斷高壓：當(dāng)車(chē)輛處于停駛狀態(tài)，檢測(cè)到HVIL故障，通過(guò)整車(chē)控制可以采取切斷高壓。

3） 限功率行駛：行駛過(guò)程中識(shí)別到危險(xiǎn)時(shí)，車(chē)輛會(huì)依據(jù)車(chē)速進(jìn)行判斷，低速不能馬上斷開(kāi)高壓，首先車(chē)輛會(huì)發(fā)出提示并點(diǎn)亮驅(qū)動(dòng)功率限制信號(hào)故障燈 （Power Reduced） 提示駕駛員，然后限制功率，并限制油門(mén)請(qǐng)求，使車(chē)速降低，且不允許加速，當(dāng)BMS檢測(cè)到車(chē)速小于特定低速的閾值時(shí)，直接斷開(kāi)高壓繼電器，確保車(chē)輛在行駛過(guò)程中車(chē)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(shí)間靠邊停車(chē)。

圖2 某純電動(dòng)汽車(chē)高壓互鎖報(bào)警及DTC

3 高壓互鎖的排故及案例分析

HVIL設(shè)計(jì)一般有兩種形式，一種是環(huán)形互鎖，一種是星型互鎖。對(duì)于星型互鎖而言，可以很方便地排查到出問(wèn)題的插接件，故障排除較為簡(jiǎn)單，本文主要針對(duì)環(huán)型互鎖故障類(lèi)型進(jìn)行介紹。環(huán)型互鎖指所有的高壓件互鎖檢測(cè)串聯(lián)到一起，在同一回路上，由BMS檢測(cè)整個(gè)回路的完整性。環(huán)形互鎖只能一個(gè)個(gè)排查，下面以某款純電動(dòng)汽車(chē)為例子對(duì)純電動(dòng)車(chē)的高壓互鎖排故進(jìn)行舉例。

某款純電動(dòng)汽車(chē)采用典型的環(huán)型設(shè)計(jì)，各個(gè)高壓模塊都串聯(lián)在同一回路中，BMS檢測(cè)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(xiàn)路較長(zhǎng)，給缺陷的排查帶來(lái)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(duì)回路故障進(jìn)行迅速定位。

示例1：針對(duì)某車(chē)報(bào)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(gè)回路的大致故障線(xiàn)路，縮小排故范圍。如圖3通過(guò)對(duì)車(chē)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(dòng)汽車(chē)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(duì)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(xiàn)束連接。

示例2：本例中，通過(guò)對(duì)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(chē)載充電模塊X1-7針腳至電加熱模塊X1-1針腳線(xiàn)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(dòng)汽車(chē)高壓電池區(qū)域互鎖原理圖

3） 方法3：排除法，針對(duì)故障區(qū)域故障樹(shù)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(guò)高壓連接器內(nèi)部的U型回路監(jiān)控整個(gè)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(huì)引發(fā)車(chē)輛高壓互鎖報(bào)碼，通過(guò)故障樹(shù)建立逐項(xiàng)排除，進(jìn)行故障定位。

圖5 某純電動(dòng)汽車(chē)高壓電池區(qū)域互鎖回路插接件示意圖

本案例中，通過(guò)圖6魚(yú)骨圖排除法，在確認(rèn)電池高壓插接件連接狀態(tài)時(shí)，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(yú)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(guò)分析鎖定到此次車(chē)輛互鎖故障發(fā)生的原因是在電池與高壓線(xiàn)束結(jié)合插接件的位置，互鎖回路低壓插頭在安裝過(guò)程中被破環(huán)，導(dǎo)致整個(gè)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(duì)純電動(dòng)汽車(chē)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(xiàn)束或者高壓模塊本身出現(xiàn)短路及斷路故障時(shí)，此時(shí)觸發(fā)車(chē)輛高壓互鎖保護(hù)機(jī)制，這類(lèi)問(wèn)題的排查需要針對(duì)性使用“分割法”縮小故障排除范圍，通常情況下，選取整個(gè)回路居中位置的互鎖回路插接件，分段式測(cè)量通斷，進(jìn)而定義故障區(qū)域是簡(jiǎn)單而高效方式。此外“短接”模塊方法對(duì)于判斷故障位于模塊內(nèi)部或者模塊外部線(xiàn)路有很好的效果，對(duì)高壓互鎖故障排查具有較好的指導(dǎo)意義。