電動汽車高壓互鎖回路的檢修

陳社會

（無錫汽車工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 無錫 214153）

1 電動汽車的電氣安全性分析

一般來說，電動汽車上裝有動力蓄電池 （儲能裝置）、驅(qū)動電機、電機控制器、高壓控制盒、電動空調(diào)壓縮機、高壓電纜、充電裝置等高電壓工作部件，其工作電壓可達(dá)300 V以上，工作電流達(dá)到數(shù)十安培甚至超過一百安培，因此電動汽車的電氣安全保護措施要設(shè)計得合理、充分、全面，而其中的一項措施就是采用高壓互鎖裝置。

2 高壓互鎖回路

2.1 高壓互鎖回路的定義

高壓互鎖簡稱HVIL（Hazardous Voltage Interlock）。在ISO國際標(biāo)準(zhǔn)《ISO 6469-3：2001電動汽車安全技術(shù)規(guī)范第3部分：人員電氣傷害防護》中，規(guī)定車上的高壓部件應(yīng)具有高壓互鎖裝置。高壓互鎖指通過使用電氣小信號來檢查整個高壓產(chǎn)品、導(dǎo)線、連接器及護蓋的電氣完整性 （連續(xù)性），識別回路異常斷開時，及時斷開高壓電。具體作用如下。

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

2）當(dāng)整車在運行過程中高壓系統(tǒng)回路斷開或者完整性受到破壞的時候，需要啟動安全防護。

3）防止帶電插拔高壓連接器給高壓端子造成拉弧損壞，甚至造成人身傷害。

2.2 高壓互鎖的組成及工作原理

1）為了監(jiān)測高壓供電回路插接件連接的完整性、可靠性，采用低壓導(dǎo)線作為信號線與高壓電源線并排在高壓線束護套管內(nèi)，并分別與高壓連接器連接確認(rèn)插腳連接，將所有的高壓部件串接起來組成回路。高壓互鎖插頭連接結(jié)構(gòu)及工作原理如圖1所示。從圖1中可以看出，由于高壓插頭 （高壓連接器）中高壓電源的正負(fù)極端子和中間互鎖端子的物理長度不一樣，當(dāng)要連接高壓插頭時，高壓插頭的電源正負(fù)極端子先于中間互鎖端子連接好；當(dāng)要斷開高壓插頭時，高壓插頭的中間互鎖端子先于高壓插頭中的電源正負(fù)極端子脫開。這樣的設(shè)計也避免了拉弧的產(chǎn)生。

2）高壓互鎖回路內(nèi)還包括用于監(jiān)測高壓部件蓋板是否可靠關(guān)閉的行程開關(guān) （開蓋保護開關(guān)）。信號線將所有高壓器件上的監(jiān)測點全部串聯(lián)起來，組成一條監(jiān)測信號回路，即互鎖信號回路。高壓回路內(nèi)某一個部位沒有連接好，互鎖信號送入整車控制器內(nèi)，整車控制器斷開動力電池對外供電。

圖1 高壓互鎖插頭連接結(jié)構(gòu)及工作原理

3）高壓互鎖回路中還可以包括車輛碰撞和翻轉(zhuǎn)信號。當(dāng)整車發(fā)生碰撞 （側(cè)翻轉(zhuǎn)）時，安全氣囊碰撞 （側(cè)翻）傳感器發(fā)出信號，觸發(fā)斷電信號，整車控制器使高壓電源在毫秒級時間內(nèi)斷開，并利用高壓系統(tǒng)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(nèi)放掉，避免火災(zāi)或漏電事故引起的人員觸電事故的發(fā)生，以保障用戶的安全。

2.3 整車高壓互鎖系統(tǒng)故障控制方法

當(dāng)高壓互鎖系統(tǒng)檢測到危險時，控制器會根據(jù)行駛狀態(tài)和危險程度的故障等級使用合理的安全控制方法。

1）切斷高壓電源。當(dāng)高壓互鎖系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)危險后，控制器控制動力蓄電池的正極接觸器和負(fù)極接觸器，切斷高壓電源（動力蓄電池）的輸出，避免高壓危險，確保財產(chǎn)和人身安全。

2）故障報警。當(dāng)互鎖回路檢測到危險時，控制器讓電動汽車進行聲光報警，提醒駕駛員，讓駕駛員注意到發(fā)生異常情況并及時處理。

3）減功率工作。在高速行駛的過程中高壓互鎖系統(tǒng)檢測到危險情況后，高壓互鎖系統(tǒng)不會立即切斷高壓電源，但是電動汽車會發(fā)出聲光警示，提示駕駛員有危險，同時降低車輛的速度，使車輛跛行，駕駛員也可以將車輛停到安全的地方，等待救援，從而降低發(fā)生高壓危險的概率。

3 北汽新能源EV200汽車高壓部件及互鎖回路

3.1 北汽新能源EV200高壓部件的連接關(guān)系

北汽新能源EV200汽車高壓用電設(shè)備和高壓輔助器件可以通過高壓電纜連接。高壓輔助器件主要有DC／DC變換器、高壓控制盒、車載充電機等。EV200純電動汽車高壓部件的連接關(guān)系如圖2所示。

圖2 北汽新能源EV200高壓部件的連接關(guān)系

3.2 北汽新能源EV200汽車高壓互鎖回路 （圖3）

互鎖回路中的VCU是整車控制器的縮寫，MSD是維修開關(guān)的縮寫。該回路可以分為兩部分。第一部分是VCU+（12 V）→電阻→壓縮機→車載充電機→高壓控制盒低壓插件→盒蓋開關(guān)→快充高壓插件→電機控制器與高壓控制盒之間的高壓直流電纜 （高壓控制盒高側(cè)）→動力電池與高壓控制盒高壓之間的高壓直流母線 （高壓控制盒高側(cè)）→DC／DC→PTC本體→搭鐵，它們構(gòu)成完整的回路，VCU通過電阻下端的電壓信號，來判斷該回路的互鎖情況。第二部分是維修開關(guān)與動力電池的互鎖回路 （BMS檢測該互鎖）、動力電池與高壓控制盒高壓之間的直流母線 （動力蓄電池側(cè)）互鎖回路 （BMS檢測該互鎖）和UVW高壓插件互鎖回路（控制電路檢測該互鎖），并通過CAN總線將信號上報給VCU。

3.3 北汽新能源EV200汽車高壓互鎖回路的檢修

3.3.1 第一部分互鎖回路的檢修

圖3 EV200高壓互鎖回路

①將電源開關(guān)置于OFF擋，斷開低壓輔助蓄電池負(fù)極，然后斷開VCU的連接線束，裝上低壓輔助蓄電池的負(fù)極，將電源開關(guān)置于ON擋，測量VCU互鎖回路端子 （電腦側(cè)，VCU-A-13）對搭鐵電壓，正常情況應(yīng)該是12V左右。②斷開VCU的連接線束后，測量VCU下端的互鎖回路是否有斷路等異常情況，VCU-A-13（線束側(cè)）對搭鐵電阻應(yīng)小于1 Ω，如果電阻大于1Ω，要分段逐一排查，最后找到故障點，更換相關(guān)部件。

3.3.2 第二部分互鎖回路的檢測

用萬元表歐姆檔分別檢測維修開關(guān)的互鎖回路、動力電池與高壓控制盒高壓之間的直流母線 （動力蓄電池側(cè)）的互鎖回路 （線束側(cè)）和UVW高壓插件的互鎖回路 （線束側(cè)），電阻應(yīng)小于1 Ω。如果大于1 Ω，則更換相關(guān)部件。

注意：對高壓及相關(guān)部件進行檢修時，要將電源開關(guān)置于OFF擋，將鑰匙放入口袋內(nèi)，斷開蓄電池負(fù)極，并用絕緣膠布包好負(fù)極樁頭和負(fù)極電纜接頭，拆下維修開關(guān)，靜置車輛3 min以上，完成驗電 （確保高壓部件沒有殘余電荷），確保安全之后，才可對高壓部件進行檢修。

4 小結(jié)

通過介紹電動汽車高壓互鎖的定義、組成、工作原理和整車高壓互鎖系統(tǒng)故障控制方法，在介紹某純電動汽車高壓部件組成基礎(chǔ)上，畫出了其高壓部件的連接關(guān)系，通過完整的高壓互鎖回路圖，文章提出了互鎖回路的檢修方法，對電動汽車的高壓互鎖回路的檢修具有參考借鑒意義。