2020 款比亞迪秦EV 高壓互鎖結(jié)構(gòu)原理及故障診斷*

汪 俊，溫?zé)槇?jiān)，王 飛，王文濤，姜春田

（廣州城市職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 廣州 510405）

2020款比亞迪秦EV通過高壓互鎖實(shí)時(shí)監(jiān)測低壓電路中標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)來反映408V的高壓電路高壓連接器是否插接完好。當(dāng)BMS（動(dòng)力電池管理器）監(jiān)測到低壓電路中標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)時(shí)，BMS判斷為高壓電路插接完好，BMS允許車輛上高壓電，反之，BMS未監(jiān)測到標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)，BMS判斷為高壓電路未插接完好，BMS禁止車輛上高壓電。

高壓互鎖的原理是將高壓電路與低壓電路耦合關(guān)聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)低壓電路控制高壓電路。但在實(shí)車上難以直觀觀察到高低壓電路的耦合結(jié)構(gòu)，造成了原理吃不透，進(jìn)而故障檢修走彎路。鑒于此，本文以2020款比亞迪秦EV汽車高壓互鎖為例，通過介紹結(jié)構(gòu)和分析原理，并活用結(jié)構(gòu)和原理，實(shí)施實(shí)車檢修，希望能為高壓互鎖故障檢修提供一定借鑒。

1 高壓互鎖結(jié)構(gòu)和原理

高壓互鎖由408V高壓電路和5V低壓電路組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，高壓電路包括動(dòng)力電池包（內(nèi)含控制器、接觸器等）、正負(fù)極高壓連接線、高壓連接器（插拔方式連接和脫開）、高壓連接口（螺栓螺母方式連接）、充配電總成、空調(diào)壓縮機(jī)、PTC（空調(diào)加熱器）、交流充電口、直流充電口；低壓電路由高壓互鎖1低壓電路和高壓互鎖2低壓電路兩部分組成，一般包括BMS，相關(guān)的低壓連接器及線束，還有高壓連接器內(nèi)部低壓插針插孔及連接線。

圖1 高壓互鎖結(jié)構(gòu)

高壓電路與低壓電路耦合線路示意如圖2所示。圖中，十字相交的線路不相連，紅色連接器是高壓連接器，黑色連接器是低壓連接器，橙紅色為高壓正極線，黃色為高壓負(fù)極線，綠色是高壓互鎖1低壓電路，藍(lán)色是高壓互鎖2低壓電路。

圖2 高壓電路與低壓電路耦合線路圖

1.1 高壓電路結(jié)構(gòu)和高壓分配途徑

1.1.1 上電時(shí)，高壓電分配途徑

1）途徑1，將直流高壓電分配給電機(jī)控制器轉(zhuǎn)換為三相交流高壓電驅(qū)動(dòng)電機(jī)：動(dòng)力電池包→動(dòng)力電池包高壓連接器（位于車輛底部動(dòng)力電池包上）內(nèi)高壓插針插孔→正負(fù)母線→正負(fù)母線高壓連接口（位于充配電總成上）→充配電總成內(nèi)部相關(guān)正負(fù)高壓連接線→電機(jī)控制器高壓連接器內(nèi)高壓插針插孔→電機(jī)控制器（與電機(jī)集成，位于充配電總成下方）→電機(jī)。

2）途徑2，將高壓電分配給PTC，給水加熱實(shí)現(xiàn)空調(diào)供暖：動(dòng)力電池包→動(dòng)力電池包高壓連接器內(nèi)高壓插針插孔→正負(fù)母線→正負(fù)母線高壓連接口→充配電總成內(nèi)部相關(guān)正負(fù)高壓連接線，正極高壓連接線經(jīng)過30A空調(diào)熔斷絲→PTC高壓連接器（位于充配電總成上）內(nèi)高壓插針插孔→PTC高壓連接口（PTC上）→PTC。

3）途徑3，將高壓電分配給空調(diào)壓縮機(jī)，實(shí)現(xiàn)空調(diào)制冷：動(dòng)力電池包→動(dòng)力電池包高壓連接器內(nèi)高壓插針插孔→正負(fù)母線→正負(fù)母線高壓連接口→充配電總成內(nèi)部相關(guān)正負(fù)高壓連接線，正極高壓連接線經(jīng)過30A空調(diào)熔斷絲→空調(diào)壓縮機(jī)高壓連接器（位于充配電總成上）內(nèi)高壓插針插孔→空調(diào)壓縮機(jī)高壓連接口（位于空調(diào)壓縮機(jī)上）→空調(diào)壓縮機(jī)。

4）途徑4，將高壓電分配給DC-DC轉(zhuǎn)化為低壓給蓄電池充電：動(dòng)力電池包→動(dòng)力電池包高壓連接器內(nèi)高壓插針插孔→正負(fù)母線→正負(fù)母線高壓連接口→充配電總成內(nèi)部相關(guān)正負(fù)高壓連接線→DC-DC→低壓正極充電接口（位于充配電總成上，輸出13.7V左右電壓，與蓄電池正極連接，給其充電）。

1.1.2 慢充時(shí)，高壓電分配途徑

將220V交流高壓電分配給OBC（車載充電器）轉(zhuǎn)變?yōu)?00V直流電給動(dòng)力電池充電：交流充電槍→交流充電口（車輛右后側(cè)）→交流充電正負(fù)高壓線→交流充電高壓連接器（位于充配電總成上）內(nèi)高壓插針插孔→充配電總成內(nèi)部OBC→充配電總成內(nèi)部正負(fù)高壓連接線（不可見）→正負(fù)母線高壓連接口→正負(fù)母線→動(dòng)力電池包高壓連接器內(nèi)高壓插針插孔→動(dòng)力電池包。

1.1.3 快充時(shí)，高壓電分配途徑

將直流充電樁高壓直流電直接傳遞給動(dòng)力電池充電：直流充電槍→直流充電口（車輛中網(wǎng)附近）→直流充電正負(fù)高壓線→直流充電正負(fù)高壓接口→充配電總成內(nèi)部相關(guān)正負(fù)高壓連接線，正負(fù)高壓連接線分別經(jīng)過直流充電正極接觸器和直流充電負(fù)極接觸器→正負(fù)母線高壓連接口→正負(fù)母線→動(dòng)力電池包高壓連接器內(nèi)高壓插針插孔→動(dòng)力電池包。

1.2 高壓互鎖低壓電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理

高壓電路連接完好，是BMS判斷上高壓電的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析可知，高壓電路中高壓連接器的虛接或松脫是導(dǎo)致高壓電路未連接完好的主要原因，高壓互鎖通過低壓電路能監(jiān)測到高壓連接器插接狀況，低壓電路能監(jiān)測高壓連接器插接狀況的關(guān)鍵在于高壓連接器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，高壓連接器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)將高壓電路和低壓電路耦合關(guān)聯(lián)在一起。

1.2.1 高壓互鎖2低壓電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理

高壓互鎖1是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)互鎖，監(jiān)控動(dòng)力電池包高壓連接器、PTC高壓連接器、空調(diào)壓縮機(jī)高壓連接器、電機(jī)控制器高壓連接器插接狀況；高壓互鎖2是充電系統(tǒng)互鎖，監(jiān)控交流充電高壓連接器插接狀況。由于高壓互鎖2監(jiān)控的高壓連接器數(shù)量要比高壓互鎖1少，但原理是一樣的，所以先以高壓互鎖2低壓電路為例介紹高壓互鎖低壓電路的結(jié)構(gòu)和原理。

高壓互鎖2的高壓電路是指交流慢充的高壓電分配途徑，高壓互鎖2中將高壓電路與低壓電路耦合在一起的關(guān)鍵是交流充電高壓連接器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

交流充電高壓連接器如圖3所示，其內(nèi)部有一對高壓插針插孔和一對低壓接插針插孔，低壓插針插孔串聯(lián)在低壓電路中，高壓插針插孔連通高壓電路，低壓插針插孔（插針為U型，見圖3b）分別在交流充電高壓連接器插頭和插座中，高壓插針插孔分別在交流充電高壓連接器插座和插頭中。當(dāng)交流充電高壓連接器插好后（圖3a），低壓插針插孔和高壓插針插孔同時(shí)導(dǎo)通，反之，當(dāng)交流充電高壓連接器斷開時(shí)（圖3b），低壓插針插孔和高壓插針插孔同時(shí)斷開，因此，只需要監(jiān)控低壓插針插孔的導(dǎo)通狀況，就能反映高壓插針插孔的導(dǎo)通狀況。因此，只要監(jiān)控低壓電路的導(dǎo)通狀況，就能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控交流充電高壓連接器插接狀況的目的。下面將介紹BMS是如何監(jiān)測低壓電路導(dǎo)通狀況的。

圖3 交流充電高壓連接器

高壓互鎖2低壓電路從BMS開始，BMS產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)（圖4），該方波信號(hào)從BMS低壓連接器BK45(B)-10腳輸出，方波信號(hào)依據(jù)圖2中綠色線中箭頭方向傳遞，最終返回到BK45(B)-11腳。具體傳輸途徑：BMS產(chǎn)生方波信號(hào)→BK45(B)-10腳→BK46-15腳（充配電總成低壓連接器）→交流充電高壓連接器內(nèi)部低壓插針插孔→BK46-14腳→BK45(B)-11腳。如果BMS能在BK45(B)-11腳上監(jiān)測到圖4所示的標(biāo)準(zhǔn)波形，說明低壓電路是導(dǎo)通的，BMS判斷交流高壓連接器是插接完好，進(jìn)而判斷交流充電系統(tǒng)高壓電路回路連接完好，此時(shí)BMS允許上高壓電；反之，BK45(B)-11腳未監(jiān)測到圖4所示的標(biāo)準(zhǔn)波形，說明低壓電路有故障，BMS最可能判定交流高壓連接器插接故障，因此BMS判斷充電系統(tǒng)高壓電路未連接完好，此時(shí)BMS不允許上高壓電，儀表顯示動(dòng)力系統(tǒng)故障警告燈亮、EV功能受限，同時(shí)BK45(B)-11輸出5V的恒定電壓，BMS記錄相應(yīng)的高壓互鎖2故障代碼。

圖4 BMS產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)

1.2.2 高壓互鎖1低壓電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理

高壓互鎖1低壓電路原理與高壓互鎖2一樣，不同的是高壓連接器的數(shù)量多了，高壓互鎖1中所有高壓連接器低壓插針插孔串聯(lián)在低壓電路中。

高壓互鎖1的低壓電路為圖2中藍(lán)色線的電路部分，藍(lán)色線上箭頭流動(dòng)方向就是信號(hào)傳遞的途徑。從BMS開始，BMS產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)（圖4），該方波信號(hào)從BMS低壓連接器BK45 (B) -4腳輸出，最終返回到BMS低壓連接器BK45 (B) -5腳。具體的傳遞途徑是：BMS產(chǎn)生方波信號(hào)→BMS低壓連接器BK45 (B) -4腳→BK51-30腳（動(dòng)力電池包低壓連接器，見圖2）→動(dòng)力電池包高壓連接器內(nèi)低壓插針插孔→BK51-29腳→B74-12腳→PTC高壓連接器中低壓接插件→壓縮機(jī)高壓連接器中低壓接插件→電機(jī)控制器高壓連接器中低壓接插件→B74-13腳→BK45 (B) -5腳。如果BMS能在BK45 (B) -5腳上監(jiān)測到圖4所示標(biāo)準(zhǔn)波形，說明低壓電路是導(dǎo)通的，BMS判斷所有高壓連接器插接良好，進(jìn)而判斷高壓互鎖1高壓電路連接完好，此時(shí)，BMS允許上高壓電；反之，BK45 (B) -5腳未監(jiān)測到圖4所示標(biāo)準(zhǔn)波形，說明低壓電路有故障，BMS最可能判斷高壓連接器中某一個(gè)或多個(gè)插接故障，因此BMS判斷高壓互鎖1高壓電路未連接完好，此時(shí)BMS不允許上高壓電，儀表顯示動(dòng)力系統(tǒng)故障警告燈亮、EV功能受限，同時(shí)BK45 (B) -5輸出5V的恒定電壓，BMS記錄相應(yīng)的高壓互鎖1故障代碼。

2 實(shí)車故障

2.1 故障現(xiàn)象

攜帶鑰匙進(jìn)入車內(nèi)，踩下制動(dòng)踏板，按下啟動(dòng)按鈕，儀表點(diǎn)亮，儀表顯示：動(dòng)力系統(tǒng)故障警告燈亮，EV功能受限（圖5），掛擋無動(dòng)力輸出。

圖5 儀表故障現(xiàn)象

2.2 故障原因分析

儀表顯示：動(dòng)力系統(tǒng)故障警告燈點(diǎn)亮，EV功能受限，可推測上高壓電未成功，是動(dòng)力系統(tǒng)的故障。上高壓電不成功，說明上高壓電之前的工作過程有故障，可能原因較多，可考慮先讀取動(dòng)力系統(tǒng)故障碼和數(shù)據(jù)流。

2.3 故障排除過程

2.3.1 通過解碼器讀取故障碼

讀取故障碼：P1A6000高壓互鎖1故障，可知故障可能在高壓互鎖1的低壓電路。依據(jù)高壓互鎖1原理可知，高壓互鎖1低壓電路不導(dǎo)通會(huì)導(dǎo)致不上高壓電及儀表顯示上述故障現(xiàn)象，與故障現(xiàn)象吻合。

2.3.2 通過解碼器讀取數(shù)據(jù)流

進(jìn)一步讀取BMS的數(shù)據(jù)流，查看BMS中高壓互鎖數(shù)據(jù)流，如圖6所示，高壓互鎖1鎖止，高壓互鎖2未鎖止。數(shù)據(jù)流高壓互鎖1鎖止也說明高壓互鎖1的低壓電路可能有故障，這也肯定了之前的推測。

圖6 高壓互鎖1鎖止數(shù)據(jù)流

2.3.3 檢測高壓互鎖1的低壓電路

1）基本檢查：觀察高壓電路的外觀情況，檢查高壓連接器是否松動(dòng)，結(jié)果無異常。

2）拔下充配電總成低壓連接器BK46，ON擋，用示波器檢測BK46-12腳（線束側(cè)）信號(hào)，結(jié)果同圖4所示標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)，正常，說明BK45（B）-4腳→BK46-12腳之間低壓電路正常。可縮小故障為BK46-12腳之后的低壓電路，可能的故障范圍有：充配電總成局部（BK46-12→BK46-13腳之間線路）、BK46-13→BK45（B）-5腳之間線路、BMS局部（高壓互鎖1相關(guān)）。

3）繼續(xù)用萬用表測量BK46-13腳（線束側(cè)）電壓，結(jié)果為4.9V，異常。依據(jù)高壓互鎖原理，考慮到之前拔下的BK46或高壓互鎖1本身有故障，導(dǎo)致BMS在BK45（B）-5腳輸出了5V電壓，該電壓通過BK45（B）-5腳傳遞到BK46-13腳，這說明BK46-13→BK45（B）-5腳之間線路、BMS局部（高壓互鎖1相關(guān)）是正常的。因此，故障可初步鎖定在充配電總成局部BK46-12→BK46-13腳之間線路。

4）繼續(xù)測量BK46-13→BK45（B）-5腳之間線路（充配電總成側(cè)）電阻，結(jié)果為無窮大，異常，說明充配電總成內(nèi)部低壓電路斷路。

5）做好相應(yīng)防護(hù)后，打開充配電總成蓋，拔下高壓連接器，檢查充配電總成內(nèi)部低壓電路。如圖2所示，測量B74-12腳→PTC高壓連接器低壓右插孔之間電阻，結(jié)果為0Ω，正常；測量PTC高壓連接器低壓左插孔→空調(diào)壓縮機(jī)高壓連接器低壓右插孔之間電阻，結(jié)果為0Ω，正常；測量空調(diào)壓縮機(jī)高壓連接器低壓左插孔→電機(jī)控制器高壓連接器低壓左插孔之間電阻，結(jié)果為0Ω，正常；測量電機(jī)控制器高壓連接器低壓右插孔之間→B74-13腳之間電阻，結(jié)果為無窮大，異常。修復(fù)相應(yīng)的低壓電路，試車故障排除。

2.4 故障結(jié)論

本故障點(diǎn)是充配電總成內(nèi)電機(jī)控制器高壓連接器低壓右插孔之間→B74-13腳之間低壓電路斷路，該斷路導(dǎo)致從BK45（B）-5腳輸出的標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)無法傳輸?shù)紹K45（B）-4腳，BMS無法檢測到標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)，BMS判斷為高壓互鎖1高壓電路未插接完好，禁止上高壓電，記錄故障碼P1A6000，同時(shí)通知儀表點(diǎn)亮動(dòng)力系統(tǒng)故障警告燈、提示EV功能受限，并且在BK45（B）-5腳輸出5V電壓。

高壓互鎖中低壓連接器和高壓連接器的線束都采取了良好的密封保護(hù)，在不拔開連接器的情況下，沒有檢測位置，拔開連接器后，會(huì)導(dǎo)致低壓電路斷路，測量時(shí)必須考慮到該測量條件。另外，低壓電路傳遞方波信號(hào)，故障時(shí)BK45（B）-5腳輸出5V電壓，所以檢測低壓電路是否導(dǎo)通時(shí)須優(yōu)先考慮測量波形，其次是電壓，最后是電阻。

3 結(jié)論

從結(jié)構(gòu)原理的學(xué)習(xí)及故障檢修中可知，掌握高壓互鎖結(jié)構(gòu)和原理，活用結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行故障的分析和排除，才可以更高效地解決相應(yīng)的故障問題，希望能為高壓互鎖故障檢修提供一些參考。