基于純電動(dòng)汽車高壓互鎖的應(yīng)用研究

高壓互鎖就是在安全控制架構(gòu)下的開發(fā)應(yīng)用手段，能夠?qū)崿F(xiàn)純電動(dòng)汽車在各種異常情況下的一種有效保護(hù)人員的策略，實(shí)現(xiàn)人員與車輛遠(yuǎn)離高壓的安全技術(shù)。對(duì)某車型的高壓互鎖控制策略進(jìn)行了拆解、檢測(cè)，并反復(fù)仔細(xì)對(duì)照電路圖手冊(cè)，進(jìn)行了詳盡分析。利用實(shí)際車輛的高壓下電控制方式，進(jìn)行了多種形式的高壓下電實(shí)驗(yàn)。通過汽車診斷儀檢測(cè)，通過數(shù)據(jù)流對(duì)比，深度剖析了高壓互鎖的原理和控制策略。

關(guān)鍵詞：高壓互鎖;電路原理;故障檢測(cè);

作者簡介：覃新居，柳州城市職業(yè)學(xué)院，高級(jí)講師、高級(jí)技師，研究方向：純電動(dòng)汽車技術(shù)和智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)專業(yè)教學(xué)與研究。;

純電動(dòng)汽車使用安全性是用戶關(guān)心的技術(shù)性問題。不同的安全架構(gòu)體系會(huì)給汽車用戶帶來不同的安全性體驗(yàn)。本文對(duì)高壓互鎖控制策略進(jìn)行了詳盡分析，對(duì)由此引起的高壓互鎖導(dǎo)致整車高壓下電的故障，提供實(shí)質(zhì)性的檢測(cè)故障分析和故障處理。

純電動(dòng)汽車采用的高壓互鎖裝置，是通過檢查12V直流低壓電路構(gòu)成的線路回路完整性，來判定高壓線路的連接完整性。設(shè)計(jì)上，低壓監(jiān)測(cè)回路比高壓回路先斷開，后接通，使得在高壓連接器松脫或拔插操作中，整車管理系統(tǒng)和動(dòng)力電池管理系統(tǒng)可提前切斷高壓電輸出，確保用車及維修安全。

動(dòng)力電池管理單元有多種設(shè)計(jì)框架，如圖1所示，動(dòng)力電池組要對(duì)外輸出供電，需要?jiǎng)恿﹄姵毓芾韱卧M(jìn)行多方信號(hào)認(rèn)證，其中，高壓互鎖信號(hào)就是其中一種重要的信號(hào)。缺乏高壓互鎖信號(hào)，動(dòng)力電池主控管理單元控制主正繼電器和主負(fù)繼電器斷開，導(dǎo)致動(dòng)力電池組斷開連接，高壓電輸出為零電壓，車輛無法行駛。

純電動(dòng)汽車的兩大電路控制系統(tǒng)：

圖1 動(dòng)力電池主控制管理單元的控制原理圖   下載原圖

是電動(dòng)汽車車輛控制系統(tǒng)的核心控制單元，用于采集加速踏板信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)及其他部件信號(hào),監(jiān)測(cè)車輛信息及駕駛員意圖，并根據(jù)扭矩模型等算法做出相應(yīng)判斷后，控制下層各部件控制器及執(zhí)行器的動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)汽車正常行駛。整車控制器相當(dāng)于汽車的大腦，是駕駛員與汽車之間的橋梁。

BMU主要功能包括：對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)的過壓、欠壓、過流、過溫進(jìn)行保護(hù)；SOC估算、充放電管理、故障報(bào)警及處理；控制動(dòng)力電池內(nèi)部高壓繼電器的接通和斷開；與車輛其他控制模塊進(jìn)行交互通信；實(shí)時(shí)監(jiān)控電池的狀態(tài)并判斷電池發(fā)生的故障；整車高壓互鎖信號(hào)的接收和判斷；高壓回路絕緣檢測(cè)功能；保證動(dòng)力電池工作在最佳溫度范圍內(nèi)。

整車控制模塊負(fù)責(zé)監(jiān)控高壓控制器的高壓互鎖信號(hào)，研究車型有兩條高壓互鎖回路。一般包括的零部件有：整車控制模塊、主控管理單元（BMU）、各高壓插頭、各高壓用電模塊。

圖2 高壓互鎖電路原理圖   下載原圖

高壓互鎖回路經(jīng)過多個(gè)模塊形成串聯(lián)電路。如圖2所示，高壓互鎖回路是一條串聯(lián)電路。電路發(fā)起是由整車控制模塊輸出正電壓，串聯(lián)一個(gè)校準(zhǔn)電阻（在電阻后端電路中取電壓信號(hào)作為高壓互鎖信號(hào)），然后通過高壓互鎖專線，保持電路串聯(lián)各個(gè)模塊的低壓插頭和高壓插頭，最后回到整車控制模塊，模塊內(nèi)部搭鐵，構(gòu)成一個(gè)完整的串聯(lián)電路。

整車控制模塊向高壓互鎖電路提供12V電源電壓，經(jīng)過校準(zhǔn)電阻，對(duì)信號(hào)端輸出大約11V正電壓，高壓互鎖正向線路用串聯(lián)模式通過所有的高壓插頭插座，研究車型中串聯(lián)有空調(diào)壓縮機(jī)高壓插頭插座、PTC加熱暖風(fēng)機(jī)插頭插座、交流慢充充電插頭插座、DC/DC轉(zhuǎn)換器插頭插座。對(duì)高壓互鎖實(shí)際應(yīng)用電路進(jìn)行分析，如圖3所示。

圖3 高壓互鎖實(shí)際應(yīng)用電路   下載原圖

當(dāng)處于高壓互鎖回路中所有模塊的低壓和高壓線束連接良好時(shí)，VCU在內(nèi)部高壓互鎖信號(hào)側(cè)監(jiān)測(cè)到一個(gè)0V的低電壓信號(hào)；當(dāng)某一高壓連接處于斷開或連接不良狀態(tài)時(shí)，VCU在高壓互鎖信號(hào)端監(jiān)測(cè)到11V的電壓信號(hào)。

高壓互鎖監(jiān)測(cè)器分為兩大類，一類由動(dòng)力電池高壓插件端口和BMU構(gòu)成互鎖回路，動(dòng)力電池自己監(jiān)控自己，監(jiān)測(cè)高壓連接器連接是否完好。若回路任何地方異常，高壓互鎖信號(hào)會(huì)傳遞到BMU，動(dòng)力電池切斷高壓電輸出。另外一類是充配電互鎖回路，經(jīng)過VCU高壓插件、壓縮機(jī)高壓連接器、充配電模塊（開蓋監(jiān)測(cè)），由VCU模塊來監(jiān)測(cè)整個(gè)回路。用于監(jiān)測(cè)高壓控制器的盒蓋是否開啟。

車輛出現(xiàn)高壓互鎖故障時(shí)，組合儀表通常會(huì)點(diǎn)亮整車系統(tǒng)故障燈，動(dòng)力電池不對(duì)外輸出高壓電，車輛停止。采用診斷儀讀取故障碼，“電池包高壓互鎖故障”或“高壓互鎖斷路”的故障碼是從動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BMU模塊）報(bào)出；“高壓配電盒開啟”的故障碼從VCU模塊報(bào)出。

故障現(xiàn)象：車輛無法上高壓，組合儀表整車系統(tǒng)故障燈、動(dòng)力電池故障警示燈點(diǎn)亮，故障碼為“電池包高壓互鎖狀態(tài)斷開”或“高壓互鎖斷路”?！半姵匕邏夯ユi狀態(tài)斷開”低壓監(jiān)測(cè)回路位于動(dòng)力電池內(nèi)部，由電池管理系統(tǒng)直接監(jiān)測(cè)主正繼電器接插件，慢充接插件連接狀態(tài)。

故障處理：直接檢查電池包主正繼電器、慢充連接器是否松脫，互鎖針腳退針等情況，如正常，就是電池包內(nèi)部互鎖線路有斷路。

當(dāng)診斷高壓互鎖故障從VCU模塊報(bào)“高壓配電盒開啟”的故障碼時(shí)，可初步判斷為VCU—壓縮機(jī)模塊—充配電模塊此互鎖回路發(fā)生了互鎖故障，則需重點(diǎn)排查此回路上的模塊及該回路上的低壓線路互鎖針腳。

如果車輛曾診斷報(bào)有“高壓配電盒開啟”相關(guān)歷史故障碼。這種情況很可能是發(fā)生了間歇性的高壓互鎖故障。正常情況下高壓互鎖回路應(yīng)為導(dǎo)通狀態(tài)，電壓信號(hào)低電壓0V，如回路斷路或存在接觸不良，電壓信號(hào)為11V。逐個(gè)搖晃充配電模塊、壓縮機(jī)模塊的低壓插頭（或拍打模塊本身），同時(shí)觀察萬用表電壓值是否有跳變，若跳變異常則更換對(duì)應(yīng)模塊。

各種類純電動(dòng)車輛高壓互鎖的原理大同小異，但是監(jiān)測(cè)的低壓回路不同，串聯(lián)的模塊不同，因此，解決故障時(shí)，依據(jù)具體故障表現(xiàn)分類排查維修。理解了高壓互鎖的工作原理、監(jiān)測(cè)原理后，能有效快速地進(jìn)行故障分析判斷，解決故障。同時(shí)，為學(xué)習(xí)其他類型高壓互鎖控制策略奠定理論實(shí)踐基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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