榮威純電動汽車E50 高壓互鎖工作原理與故障分析

胡東輝

（上海市公用事業學校， 上海 200030）

電動汽車是以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛的車輛。隨著中國大力推動以新能源汽車為代表的戰略新興產業，出臺多項支持和補貼政策，電動汽車產業得以飛速發展，產銷量連年高速增長。但是電動汽車的構造、工作原理、維修保養等與傳統汽車又有很大的區別，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技術來保障電動汽車的安全使用，高壓互鎖就是其中關鍵的部分。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純電動汽車，在正常行駛中突遇劇烈顛簸后動力不足，無法加速并亮故障燈，靠邊停車后熄火再啟動，高壓無法上電。拖進4S店，接榮威專用診斷儀顯示動力電池 （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輛高壓無法上電。

2 高壓互鎖

2.1 定義

高壓互鎖 （HVIL，High Voltage Interlock Loop）裝置指通過使用電氣信號，來檢查整個高壓產品、導線、插接器及護蓋的電氣完整性和連續性，當識別到回路異常斷開時，車輛可以及時斷開高壓電以保護駕乘人員和維修人員安全的裝置。在國際標準ISO 6469.3-2011《電動道路車輛 安全規范第3部分：人身防電擊保護》中，規定車上的高壓部件應具有高壓互鎖裝置。

2.2 作用

1）確保整車在高壓上電前整個高壓系統的完整性，使高壓處于一個封閉的環境下工作，提高安全性。

2）當整車在停止狀態時，高壓互鎖識別到危險，除了故障報警外，還通過控制系統切斷高壓源，避免可能發生的高壓危險，確保財產和人身安全。

3）當整車在行駛狀態時，高壓互鎖識別到危險，除了故障報警外，不能馬上切斷高壓源，通過控制系統降低電機的運行功率，使整車在小負荷下運行，盡量降低高壓危險的可能性，同時也允許駕駛員將車輛停到安全地方。

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

1）環路互鎖。環路互鎖是通過發送一個低壓信號來檢測首尾相連的電氣回路的連續性和完整性，以監測高壓系統可能存在的安全隱患，比如插拔互鎖、開蓋互鎖。

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

2.4 工作原理

1）插拔互鎖。為了監測高壓電路中插接件連接的完整性、可靠性，采用低壓導線作為信號線與高壓電路并排在高壓線束護套管內，并分別與高壓連接器連接確認插腳連接，將所有的高壓部件串接起來組成回路。由于高壓插頭中高壓電的正負極端子的長度比中間互鎖端子的長度長，當要連接高壓插頭時，高壓正負端子先于中間互鎖端子連接；當要斷開高壓插頭時，中間互鎖端子先于高壓正負端子脫開，這樣的設計就避免了高壓拉弧的產生。

2）開蓋互鎖。高壓互鎖回路內還包括用于監測高壓部件蓋板是否可靠關閉的行程開關 （開蓋保護開關）。信號線將所有高壓器件上的監測點全部串聯起來，組成一條監測信號回路，即互鎖信號回路。高壓回路內某一個部位沒有連接好，互鎖信號沒有送入整車控制器內，整車控制器斷開動力電池對外的供電，以保護人員的安全。

3）碰撞保護。高壓互鎖回路中還可以包括車輛碰撞信號。當整車發生碰撞時，碰撞傳感器發出信號，觸發斷電信號，整車控制器使高壓電源在毫秒級時間內斷開，并利用高壓系統余電放電電路將汽車高壓部件電容端的電壓在很短時間內放掉，避免火災或漏電事故引起的人員觸電事故的發生，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。如圖1所示，慣性開關位于前排乘客側手套箱右后方，固定在右側A柱上。當車輛發生碰撞，加速度達到一定數值時，慣性開關斷開，高壓電池包ESS的低壓插接頭BY113的8號腳檢測不到從?；鹁€30經過慣性開關過來的12V電壓信號，車輛自動切斷高壓供電系統。慣性開關頂面設一個重置按鈕。圖2為慣性開關相關電路，電路走向：常火線30→EF7→IF5→慣性開關→高壓電池包ESS的低壓插接頭BY113的8號腳。

圖1 慣性開關位置

圖2 慣性開關電路

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

圖3 充電保護電路

3.2 環路互鎖

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

圖4 高壓電池包的實物圖

圖5 高壓電池包的示意圖

圖6 信號波形

2）高壓配電單元PDU、電空調壓縮機。PDU-1為開蓋互鎖，如圖7所示。PDU-2為插拔互鎖，如圖8所示。電路圖見圖2，信號走向：高壓電池包ESS的插接件BY113的9號腳→開蓋互鎖PDU-1→插拔互鎖PDU-2→電空調壓縮機的插接件BY010的6號腳。

圖7 PDU-1開蓋互鎖

圖8 PDU-2插拔互鎖

3）電力電子箱PEB、驅動電機、PTC控制器。圖9為電路圖。信號走向：電空調壓縮機的插接件BY010的7號腳→電力電子箱PEB的插接件BY015的53號腳→電力電子箱PEB的插接件BY015的56號腳→驅動電機的插接件BY018的3號腳→驅動電機的插接件BY018的4號腳→PTC控制器的插接件BY997的1號腳。

圖9 電路圖

4）圖10為完整的環路互鎖回路示意圖。信號走向：高壓電池包ESS的插接件BY113的9號腳→開蓋互鎖PDU-1→插拔互鎖PDU-2→電空調壓縮機的插接件BY010的6號腳→電空調壓縮機的插接件BY010的7號腳→電力電子箱PEB的插接件BY015的53號腳→電力電子箱PEB的插接件BY015的56號腳→驅動電機的插接件BY018的3號腳→驅動電機的插接件BY018的4號腳→PTC控制器的插接件BY997的1號腳→PTC控制器的插接件BY997的2號腳→高壓電池包ESS的插接件BY113的6號腳。

圖10 完整的環路互鎖回路示意圖

4 故障檢測與診斷

4.1 維修前準備工作

電動汽車作業時，安全防護是至關重要的，300～500V的電足以使人致命。一定要做好維修前場地、工位、車輛、設備、人員等的相關準備工作，嚴格按國家相關的新能源汽車維修技術規范來操作。

4.2 斷開高壓電

先斷開蓄電池負極，再斷開手動維修開關，然后等待10min以上，等電路中容性設備充分放電，用萬用表和絕緣表確認車輛下電成功，除高壓電池外其余高壓設備和線路都不帶電。

4.3 故障檢測

1）電阻法：用萬用表電阻擋逐段檢測環路互鎖回路中的各段信號電路的電阻，電阻應小于1Ω。由于電力電子箱的BY015在前艙比較容易操作的地方，可以通過二分法先判斷出是前段還是后段的故障。即通過檢測電力電子箱BY015的53號腳到高壓電池包BY113的9號腳的電阻和電力電子箱BY015的56號腳到高壓電池包BY113的6號腳的電阻來判斷故障在哪一段。

2）電壓法：接上蓄電池負極，接通點火開關，此時低壓上電，高壓無法上電，故障燈亮，READY燈不亮，車輛無法行駛，用萬用表直流電壓擋逐點檢測環路互鎖回路中各點的電壓，電壓為12V，說明該點與高壓電池包ESS的插接件BY113的9號腳之間的電路是通的；電壓為0V，說明該點與前一個檢測點之間的電路開路。

3）檢測結果：電力電子箱BY015的53號腳到高壓電池包BY113的9號腳不通，再檢測高壓配電單元PDU的開蓋互鎖和插拔互鎖，結果發現左側的插拔互鎖有稍許的松動。

4.4 故障診斷

診斷的結果是由于未知的原因造成了高壓配電單元PDU左側的插拔互鎖沒有完全扣緊，在車輛行駛中累積的顛簸使得插頭有稍許的松動，觸發了高壓互鎖回路的報警，發生了上述故障。扣緊插頭后上電，故障排除。

5 結語

通過榮威E50高壓互鎖的維修案例，介紹了高壓互鎖的定義、作用、分類和工作原理，具體分析了榮威E50環路互鎖電路的信號走向并畫出環路互鎖的回路示意圖，給出了榮威E50環路互鎖故障診斷的思路和方法，對于電動汽車高壓互鎖的故障診斷與維修有一定的借鑒意義。