新能源汽車高壓互鎖系統原理及檢修*

校金龍

（河南工業貿易職業學院，河南 鄭州 451191）

新能源汽車包括純電動汽車和（油電）混合動力汽車等。新能源汽車搭載的動力電池電壓遠高于人體的安全電壓，因此高壓安全是貫穿新能源汽車全生命周期的一大課題。高壓互鎖又被稱為危險電壓互鎖回路[1-4]，是利用低壓電源通過控制器發出和接收相應信號來判斷被監測高壓回路是否安全有效連接及車輛高壓系統是否有安全隱患以提高新能源汽車高壓安全的一種低壓電路系統。高壓互鎖系統在新能源汽車中起著舉足輕重的作用。隨著新能源汽車市場保有量的逐漸增大，汽車后市場從業人員數量增加，專業知識有待提高，掌握高壓互鎖系統的工作原理及檢修方法無論是出于安全角度還是出于服務質量角度都是非常有必要的[5]。

1 高壓互鎖系統的結構及原理

1.1 高壓互鎖系統的結構

高壓互鎖系統由高壓電池、高壓線束、空調壓縮機、PTC、DCDC、高壓配電單元、電機、互鎖信號發射單元、互鎖信號接收單元、互鎖線路等組成。不同品牌、不同型號的新能源汽車由于整車設計不同，系統集成度不同，功能要求不同等原因，其高壓互鎖系統的連線方式及結構也略有不同。每個高壓互鎖系統都有一個主控模塊，負責信號發射和回收、高壓互鎖回路功能完整性判斷以及應對策略實施。如圖1所示，高壓互鎖系統的檢測電路一般有環形連接和星形連接兩種基本方式，目前采用最多的是環形連接方式。

圖1 高壓互鎖系統的檢測電路

1.2 高壓互鎖系統的原理

在物理結構上，監測同一高壓模塊的兩根導線均連接于該模塊的同一低壓插接件處，然后通過內部電路連接至高壓插接件。如果高壓插接件連接不完整、有松動、損壞等，均有可能導致高壓互鎖回路異常，從而無法完成車輛上電操作，車輛將上報故障代碼，儀表亮起相應故障燈。在有維修端蓋的高壓模塊中，維修端蓋處安裝有接入互鎖監測回路的觸點開關。端蓋打開時開關斷開，互鎖回路斷開，禁止高壓繼電器閉合，從而達到保護維修人員安全的目的。一些車型會將碰撞開關接入互鎖回路，在車輛發生劇烈碰撞時，斷開回路，斷開高壓繼電器，保護駕乘人員安全。早期的碰撞開關為慣性開關，現多將安全氣囊碰撞傳感器的信號作為高壓互鎖系統故障的因素之一。

高壓互鎖的信號為電壓信號，其形式有12 V電平信號、5 V電平信號、方波信號等，目前應用最廣泛的為12 V方波信號。互鎖信號從控制器發出，沿互鎖線路，依次通過各高壓模塊的高壓接插件、維修端蓋觸點開關、碰撞開關，然后返回至控制器。控制器對比發出信號與接收信號，判斷所監測高壓線路及車輛的完整情況。

2 高壓互鎖系統案例

2.1 榮威Ei5高壓互鎖系統

上汽榮威Ei5新能源汽車的高壓互鎖回路原理如圖2所示，其主控模塊為高壓電池包內的電池管理系統。榮威Ei5的高壓互鎖回路有三條，回路A和回路B的信號為12 V方波信號，回路C的信號為12 V信號。以回路A為例，方波信號從高壓電池包的BY123/9管腳發出，通過FA184/1和FA184/2管腳將高壓電加熱器接入互鎖回路，通過EB189/6和EB189/7管腳將電空調壓縮機接入互鎖回路，通過EB076/53和EB076/56管腳將電力電子箱接入互鎖回路，通過EB199/8和EB199/7管腳將電驅動變速器接入互鎖回路，通過EB184/1和EB184/2管腳將高壓配電單元接入互鎖回路，通過EB177/7和EB177/8管腳將高壓DCDC接入互鎖回路，最后經過BY123/6管腳返回至高壓電池包，形成完整回路，實現對高壓系統的監測。

圖2 榮威Ei5高壓互鎖系統

2.2 榮威e550高壓互鎖系統

榮威e550混合動力汽車的高壓互鎖回路原理如圖3所示。榮威e550的高壓互鎖回路與Ei5類似，同樣有三條，回路A和回路B的信號為12 V方波信號，回路C的信號為12 V信號。不同的是，e550互鎖回路C中接入了慣性開關。當車輛碰撞時的加速度大于一定值時，慣性開關斷開，高壓電池包的BY088/8管腳電壓由12 V變為0 V，高壓電池包中的BMS單元認為互鎖故障，斷開高壓繼電器，停止對外供電，保護駕乘人員免受高壓傷害。榮威e550為雙電機結構，ISG電機用于啟動和發電，TM電機用于驅動，兩個電機的高壓線束均接入高壓互鎖回路。

圖3 榮威e550高壓互鎖系統

2.3 吉利EV450高壓互鎖系統

吉利EV450新能源車的高壓互鎖回路如圖4所示，為環形回路。方波信號從整車控制器CA67/76管腳發出，依次經過電機控制器、車載充電機、空調壓縮機、PTC加熱控制器，形成閉合回路，整車控制器為主控模塊。同時，整車控制器與氣囊傳感器通信，監控車輛的碰撞情況。正常狀態下，回路的信號為12 V方波信號。如果高壓互鎖回路異常，整車控制器將執行相應控制策略，通過一系列動作實現整車安全下電。需要指出，車輛在不同工況下的下電控制策略不同[6-7]。

圖4 吉利EV450高壓互鎖系統

3 高壓互鎖系統診斷檢修

高壓互鎖故障導致的車輛無法上電現象較普遍，原因較難排查，下面以2018款吉利EV450新能源汽車為例說明高壓互鎖故障的診斷與檢修方法。

3.1 故障現象

車輛處于靜止狀態，對車輛進行正常上電操作。點火后，發現車輛儀表能夠正常點亮，“ready”指示燈不亮，蓄電池故障指示燈、整車故障指示燈、駐車制動指示燈等點亮。車輛驅動模式“ECO”指示燈正常點亮，聽不到高壓繼電器動作聲音，檔位無法切換至D或R檔。故障車輛儀表顯示如圖5所示。

圖5 吉利EV450高壓互鎖故障儀表顯示

3.2 故障分析

結合車輛上電流程，對車輛故障現象進行分析。踩下制動踏板，打開點火開關，各控制系統會先進行喚醒，然后進行自檢，自檢無誤后BMS控制主正、主負、預充繼電器按一定的次序閉合。繼電器動作時，會聽到“噠噠”聲。高壓上電后，DCDC開始工作，鉛酸蓄電池故障指示燈熄滅。據此分析，上電流程在高壓繼電器閉合節點處無法繼續進行。車輛儀表上只有整車故障燈和蓄電池故障指示燈點亮，因此判斷極有可能是整車控制器自檢不通過導致的低壓上電無法完成，從而無法完成整車上電。

踩下制動踏板，打開點火開關，將解碼儀連接OBD口，訪問整車控制器。清除歷史故障碼后，重新讀取故障碼。如圖6所示，故障碼顯示為P1C4096，含義為高壓互鎖故障，1C8E04為未定義故障碼。

圖6 吉利EV450高壓互鎖故障代碼

據故障碼分析結果，高壓互鎖回路故障的原因可能有高壓插接件松脫、觸點開關損壞等導致的互鎖回路開路，高壓互鎖回路本身線路故障，參與高壓互鎖回路的模塊故障，觸點開關故障等。

3.3 故障診斷與處理

故障診斷一般遵循由易到難的原則。在做好高壓防護的前提下對高壓插接件進行檢查，沒有發現脫落和松動現象。打開點火開關，使車輛處于ON檔狀態，采用示波器測量CA66/76管腳。正常情況下應能夠測得幅值為12 V，占空比為50%的方波，如圖7a所示。實際測得幅值為3 V，占空比為50%的方波，如圖7b所示。若互鎖回路對電源短路或對地短路，測得波形應為12 V或0 V的直線。若互鎖回路虛接，在虛接點前應測得基值為0 V，幅值約為8 V的方波，如圖7c所示；在虛節點后應測得基值約為3 V，幅值約為6 V的方波，如圖7d所示。據此判斷互鎖回路開路。

圖7 高壓互鎖故障波形

可以繼續采用示波器排查故障點的位置，也可采用萬用表排查。此處課題組采用萬用表對故障點排查進行進一步的說明。將車輛下電，5 min后斷開蓄電池負極，進行絕緣包裹。斷開整車控制器的CA66和CA67插接件，用萬用表測量CA66/58和CA67/76管腳的電阻，阻值為12.5 kΩ（正常值小于2 Ω[8]），確認為互鎖回路開路故障。為提高診斷效率，采用“二分法”[9]進行診斷，最終確定開路位置。

對于高壓互鎖回路開路故障點的診斷也可采用“短接法”[10]。即將回路中的某一模塊或某一部件短接，然后在上電狀態下測量CA66/58和CA67/76管腳的電阻。若將某一段短接時，測量阻值接近于0 Ω，則判斷被短接處出現開路故障。對于短路和虛接故障，也可采用類似方法進行故障點診斷。

3.4 故障恢復

確定故障點后，對故障點進行修復。修復后對車輛進行上電，車輛能夠正常上電，儀表上無故障指示燈亮，掛檔能夠正常行駛。

4 結束語

本文介紹了新能源汽車高壓互鎖系統的基本結構和工作原理，詳細介紹了榮威Ei5電動汽車、榮威e550混合動力汽車和吉利EV450電動汽車的高壓互鎖回路的結構與特點。并以吉利EV450為例，闡明了高壓互鎖系統檢修的方法與流程，為售后維修人員提供了新能源汽車高壓互鎖系統故障的維修解決方案。在一定程度上解決了新能源汽車維修難的問題，有利于促進新能源汽車的推廣與普及。