新能源汽車高壓互鎖技術及其故障診斷探析

劉刊 牛阿慧 閆炳強

摘 要：為保證新能源汽車的用車安全，主機廠普遍采用高壓互鎖技術，本文概述了新能源汽車高壓互鎖的作用、設計原則、接口和工作原理，介紹了比亞迪e5的高壓系統，分析了比亞迪e5高壓互鎖典型故障案例，總結了比亞迪e5高壓互鎖系統的故障診斷思路和方法，為相關售后維修工程師的提供參考。

關鍵詞：新能源汽車 高壓互鎖 工作原理 故障診斷

1 引言

新能源汽車的關鍵技術是采用先進的能量燃料電池、控制系統、PDU、OBC、PTC和其他復雜的元件，它們的有效配合，使得新能源汽車的性能大大提升，而且這些元素也可以在車輛的各個方面進行有效的控制，從而實現車輛的安全和可靠性。由于技術的進步，300V以上的超高工作電壓和超過100安的超大功耗，使得安裝、使用、檢測、維護等方面的技術難度大大增加，故各大主機廠普遍采用高壓互鎖技術，該技術可以提高車輛的用車安全與高壓系統的維修效率，對新能源汽車的普及有積極意義。

2 高壓互鎖技術

高壓互鎖（HVIL），是高壓互鎖回路的簡稱，也稱為危險高壓互鎖回路[1]。

2.1 高壓互鎖的概念

高壓互鎖是指通過低壓信號來監測車輛高壓回路的一種方法，可以識別高壓回路的完整性，如果高壓回路異常，其高壓輸入將會被切斷。

采取高壓互鎖技術，可以有效地監控并識別出可能發生故障的位置，從而實現對整車高壓系統的有效控制。這種技術不僅可以有效地防止故障發生，而且還可以有效地提升車內人員與車輛設備的安全性。

2.2 高壓互鎖的設計原則

2.2.1 高壓互鎖回路須能實時監測車輛高壓回路的連接狀態。

2.2.2 高壓插接器都應具備機械互鎖功能，高壓互鎖回路先于高壓插接器斷開，后于高壓插接器接通。

2.2.3 所有高壓插接器在正常情況下，不能自動被通斷。

2.2.4 識別到高壓互鎖回路異常時，車輛須有報警提醒駕駛員，如儀表警告燈或警告音、光等，同時高壓回路的高壓輸入可被VCU或BMS自動切斷。

2.3 高壓互鎖接口

高壓插接器包含插接器殼體、低壓信號導電件、高壓導電件和監測器及監測線路等，高壓插接器分公端子和母端子，兩個端子都設置有高壓端子和互鎖端子，且其端子長度不同，一般來說高壓端子比互鎖端子稍長，可實現高壓端子先于低壓端子連接，高壓端子后于低壓端子斷開，如圖1、圖2所示。

2.4 高壓互鎖系統工作原理

車輛高壓互鎖系統的工作原理如圖3所示，高壓互鎖系統主要包括高壓回路和高壓互鎖回路[2]。車輛上的動力電池、DCDC、空調壓縮機、高壓互鎖監測器（一般設置在VCU或BMS上）、電動機/發電機通過串聯方式組成高壓回路；而高壓互鎖回路由車輛低壓蓄電池供電，主要由插接器和低壓導線組成。

2.4.1 低壓系統檢測高壓系統的連接狀態

高壓互鎖信號回路設置在高壓插接器的接口上，其與高壓回路不同[3]。VCU或BMS通過高壓互鎖信號回路的閉合狀態，來檢測車載高壓設備是否處于良好的狀態，從而為其提供高壓供應。通過建立高壓互鎖信號回路，可以實現對高壓供電系統的實時監測。

2.4.2 低壓互鎖回路比高壓回路的動作快

高壓回路的電源是車輛動力電池[4]，低壓回路的檢測用電源是車載12V低壓電源，低壓信號的中斷代表著某個高壓插接器的松開。監測點會將高壓互鎖信號回路的任何異常傳遞給VCU或者BMS，VCU或BMS系統完成整車的高壓回路的下電操作，以確保車輛的安全。

3 比亞迪e5高壓互鎖系統介紹

比亞迪e5高壓互鎖系統僅設計有結構互鎖，包括高壓動力電池、電池管理器、高壓電控總成、PTC等，高壓互鎖是由BMS來檢測的，由BMC01的1號針腳（W線）輸出PWM信號，經過PTC、高壓電控總成、動力電池包后再回到BMC02的7號針腳（W線），如圖4所示，圖中數字代表控制模塊互鎖針腳號。

4 比亞迪e5高壓互鎖系統故障診斷與排除

4.1 比亞迪e5高壓互鎖故障的現象

車輛起動時的高壓互鎖故障會使得車輛不能連接到高壓電源，車輛不能起步；行進途中的高壓互鎖故障，會使得車輛進入蠕行模式，司機加減油門車輛動力不變化。

同時車輛還會使用警告燈、警告音等形式提示司機[5]。

4.2 比亞迪e5高壓互鎖引腳號

4.2.1 比亞迪e5高壓互鎖“+/-”引腳號

比亞迪e5高壓互鎖“+/-”引腳號分別是22和23，如圖5所示。

4.2.2 比亞迪e5電池管理器接口中高壓互鎖引腳號

比亞迪e5高壓互鎖輸入輸出信號電線的顏色都是白色，在ON檔/OK檔/充電的條件下，針腳輸入的正常值是PWM脈沖信號。

如圖6所示，比亞迪e5高壓互鎖的輸入信號的連接端子是BMC02-7～GND；比亞迪e5高壓互鎖的輸入信號的連接端子是BMC01-1～GND。

4.3 比亞迪e5高壓互鎖的故障代碼及描述

在BMS報高壓互鎖故障時，我們首先需要通過測量BMC01的1號針腳與BMC02的7號針腳（線束端）是否導通來判定真互鎖還是假互鎖：若導通，則為BMS誤報，確認BMS本身有無故障；如不導通，則需要根據互鎖回路來進一步確認互鎖的故障點。

4.4 比亞迪e5高壓互鎖典型故障案例分析

4.4.1 故障現象

車輛行駛中儀表提示駕駛員請檢查動力系統，警告燈燈亮。

4.4.2 故障原因分析

（1）高壓系統故障；

（2）線束故障；

（3）BMS 故障。

4.4.3 故障診斷過程

（1）高壓回路連接狀態監測

比亞迪e5電池管理器的數據流與高壓回路的連接狀態如圖7所示。

（2）使用比亞迪e5故障診斷儀調取車輛故障碼，提示：一般漏電，且人工無法清除故障碼，如圖8所示。

（3）依次檢查各高壓系統，斷開PTC加熱模塊的高壓插頭，短接PTC高壓互鎖端子后（如圖9所示），車輛可以上電，系統不再報漏電故障，儀表無故障信息提示。

（4）更換PTC加熱模塊故障排除。

4.4.4 故障維修小結

（1）BMS報一般漏電車輛可以行駛，報嚴重漏電車輛無法行駛；

（2）判定一個高壓模塊或高壓線束漏電時，盡量再將高壓模塊或線束插頭插上去確認故障是否再現，避免零部件誤判；

（3）PTC正極或負極對地絕緣阻值一般為 1MΩ以上。

5 結論

本文論述了新能源汽車高壓互鎖的作用、設計原則、接口和工作原理，以比亞迪e5電動汽車為例，介紹了比亞迪e5的高壓系統，分析了比亞迪e5高壓互鎖典型故障案例，總結了比亞迪e5高壓互鎖系統的故障診斷思路和方法，為相關售后維修工程師的提供參考。

河北省大學生科技創新能力培育專項項目（2021H011006）；河北工業職業技術大學校級自然科學研究項目（zky2020007）。

參考文獻：

[1]柯裕偉.新能源汽車高壓互鎖原理及故障診斷技術探究—以吉利帝豪EV300為例[J].時代汽車，202207：122-124.

[2]沈同春.新能源汽車高壓互鎖系統的原理及故障診斷技術研究[J].時代汽車，2021（03）：91-92.

[3]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，2022，38（26）：160-161.

[4]張仁峰，趙曉清.新能源汽車高壓互鎖系統原理及故障診斷[J].湖北農機化，2021，0（16）：69-69.

[5]閆云敬，韋雪薇.新能源汽車高壓互鎖系統故障分析[J].時代汽車，2020（15）：84-85.