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純電動(dòng)汽車高壓互鎖及失效問(wèn)題分析

2020-02-27 00:18:08·  來(lái)源：《純電動(dòng)汽車高壓互鎖及失效問(wèn)題分析》  
　
原創(chuàng)電動(dòng)筆記俠電動(dòng)學(xué)堂昨天文章來(lái)源：作者單位：奇瑞汽車股份有限公司文章DOI:10.19475/j.cnki.issn1674-957x.2019.08.0240 引言從純電動(dòng)車高壓系統(tǒng)功能安全的
0 引言

從純電動(dòng)車高壓系統(tǒng)功能安全的角度出發(fā)，每個(gè)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，都需要有相應(yīng)的安全措施進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以降低故障發(fā)生的概率。所以高壓互鎖設(shè)計(jì)作為電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)的一個(gè)監(jiān)測(cè)手段在汽車電路設(shè)計(jì)中進(jìn)行使用。

電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)工作過(guò)程中，最大的一類風(fēng)險(xiǎn)是車輛突然斷電，失去動(dòng)力。造成車輛動(dòng)力丟失的原因有很多種，其中之一就是高壓回路連接位置松脫斷開(kāi)。高壓互鎖設(shè)計(jì)可以監(jiān)測(cè)到回路的連續(xù)性，并在高壓斷電之前給VCU 發(fā)送報(bào)警信號(hào)，使VCU 對(duì)整車系統(tǒng)采取應(yīng)對(duì)措施。

電動(dòng)汽車的另外一類風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，是在系統(tǒng)工作過(guò)程中人為誤操作，手動(dòng)斷開(kāi)高壓連接器。在斷開(kāi)的瞬間，整個(gè)回路電壓加在連接器端點(diǎn)兩端，而高壓連接器自身不具備分?jǐn)嗄芰?，電壓擊穿空氣在兩個(gè)器件之間產(chǎn)生很強(qiáng)的拉弧，可能對(duì)斷點(diǎn)周圍的人員和設(shè)備造成傷害。高壓互鎖設(shè)計(jì)的存在，則可以在連接器斷開(kāi)的時(shí)候，同時(shí)斷開(kāi)動(dòng)力電池的輸出，避免觸電。

1 高壓互鎖分析

1.1 高壓互鎖定義

高壓互鎖（High Voltage Inter-lock，簡(jiǎn)稱HVIL），是用低壓信號(hào)監(jiān)視高壓回路完整性及連續(xù)性的一種安全設(shè)計(jì)方法。高壓互鎖設(shè)計(jì)能識(shí)別高壓回路異常斷開(kāi)或破損時(shí)，及時(shí)斷開(kāi)高壓電。理論上，低壓監(jiān)測(cè)回路比高壓先接通，后斷開(kāi)，中間保持必要的提前量，時(shí)間長(zhǎng)短可以根據(jù)車型具體策略確定。

1.2 高壓互鎖原理

整車所有高壓連接器連接位置，都需高壓互鎖信號(hào)回路，但互鎖回路與高壓回路不具有必然的聯(lián)系。整車上高壓，電器A 和電器B 構(gòu)成一個(gè)完整回路。但高壓互鎖設(shè)計(jì)，可能對(duì)A 電器設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的互鎖信號(hào)回路，同時(shí)給B 電器也單獨(dú)設(shè)置一個(gè)互鎖信號(hào)回路；也可能把A 和B的互鎖信號(hào)串聯(lián)在一個(gè)回路中。即互鎖回路可設(shè)計(jì)成并聯(lián)模式，也可設(shè)計(jì)成串聯(lián)模式。

整車高壓系統(tǒng)以動(dòng)力電池作為電源，低壓回路同時(shí)也需要一個(gè)檢測(cè)用電源，讓低壓信號(hào)沿著閉合的低壓回路傳遞。當(dāng)?shù)蛪盒盘?hào)中斷，說(shuō)明某一個(gè)高壓連接器有松動(dòng)或者脫落。高壓互鎖基礎(chǔ)原理如圖1、圖2 所示。在高壓互鎖信號(hào)回路基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)或監(jiān)測(cè)回路，負(fù)責(zé)將高壓互鎖信號(hào)回路的狀態(tài)傳遞給BMS。


1.3 高壓互鎖回路的組成

高壓互鎖設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，需要以下設(shè)備組成：高壓互鎖連接器及高低壓導(dǎo)線，閉合的低壓電源信號(hào)回路，高壓互鎖監(jiān)測(cè)回路及監(jiān)測(cè)模塊（監(jiān)測(cè)模塊可以是電池管理系統(tǒng)BMS，或者整車控制器VCU），監(jiān)測(cè)模塊根據(jù)高壓互鎖監(jiān)測(cè)結(jié)果控制的高壓繼電器。

具備高壓互鎖功能的高壓連接器，由殼體、高壓導(dǎo)電件、低壓信號(hào)導(dǎo)電件和監(jiān)測(cè)模塊及監(jiān)測(cè)線路組成。高壓互鎖連接器，一般實(shí)現(xiàn)方式是在對(duì)插的一對(duì)公端、母端上，分別固定著一對(duì)高壓接插件和一對(duì)低壓接插件。當(dāng)高壓插件處于斷開(kāi)狀態(tài)，低壓回路被切斷；高壓插件處于連接狀態(tài)，低壓回路也接通，形成完整回路。

2 高壓互鎖案例

2.1 高壓互鎖設(shè)計(jì)

圖3 是某款電動(dòng)車高壓互鎖電氣原理圖示。該款電動(dòng)車采用的串聯(lián)方式，從BMS 的正極引出高壓互鎖低壓檢測(cè)線，途徑PDU-DCDC-ACCM-PTC 再回到BMS 的負(fù)極，形成一個(gè)互鎖回路。正常上電的情況下，互鎖回路的輸出電壓一般≥5V 且≤9V。需要檢查是否存在高壓互鎖的問(wèn)題時(shí)，檢測(cè)BMS 輸入輸出的兩個(gè)腳位電壓，在設(shè)計(jì)電壓范圍內(nèi)則正常?；蛘咧苯訙y(cè)回路電阻，理論上回路的電阻值為0Ω，低于5Ω 都可以視為0Ω。


各個(gè)高壓電器件由低壓互鎖回路串聯(lián)在一起，高壓線束與高壓用電器連接時(shí)，采用帶高壓互鎖結(jié)構(gòu)的連接器連通整個(gè)回路。只要高壓插件虛接或者斷開(kāi)，整個(gè)低壓互鎖回路則會(huì)斷開(kāi)，BMS 停止提供高壓輸出，外部操作人員則不會(huì)有觸電危險(xiǎn)。如圖4 高壓用電器互鎖回路連接示意圖所示。


2.2 高壓互鎖排查

以某款電動(dòng)汽車為例，判斷車輛是否是高壓互鎖故障，需滿足兩個(gè)條件：

①組合儀表中，動(dòng)力電池故障指示燈常亮；② CAN 線上BMS 發(fā)出的報(bào)文$1D8:BMS_General_Status_1::HVInterLoStat=False

當(dāng)同時(shí)滿足這兩個(gè)條件，則可判定為高壓互鎖故障。此時(shí)根據(jù)圖3 高壓互鎖的電氣原理，制定符合邏輯的排查方法。

2.2.1 互鎖回路排查

首先，整車斷開(kāi)12V 低壓供電。再斷開(kāi)BMS 與動(dòng)力電池連接的低壓插件，用萬(wàn)用表測(cè)量BMS 正極輸出X2-10與負(fù)極輸入X2-11 針腳之間的電阻值。

①若電阻值大于5Ω 以上，則需要檢查整個(gè)高壓回路通斷。

a）依次檢查所有高壓插件是否存在漏接、虛接現(xiàn)象；

b）檢查高壓插接件互鎖回形針是否存在彎曲、斷裂現(xiàn)象；

c）檢查低壓4 個(gè)模塊（PDU-DC/DC-ACCM-PTC） 接插件是否存在漏接、虛接現(xiàn)象；

若回路確認(rèn)有以上故障，可直接解決。若回路檢查沒(méi)有以上故障，則可定位為線束通斷或用電器模塊內(nèi)部問(wèn)題，需繼續(xù)排查。

d）依據(jù)上述高壓互鎖電氣原理，采用排除法定位故障模塊；

e）先從DC/DC 線束端開(kāi)始，分段依次排查。如圖5 所示，檢查K 到X2-10，J 到X2-11 是否導(dǎo)通。若哪一段沒(méi)有導(dǎo)通，則可鎖定為故障模塊。


②若電阻值小于等于5Ω，則需要檢查整個(gè)高壓回路是否存在短路。

a）若電阻值小于5Ω，則說(shuō)明回路導(dǎo)通。需檢測(cè)X2-10 對(duì)地是否短路。

b）檢測(cè)X2-10 對(duì)電源是否短路。若確認(rèn)有以上故障，可直接解決。若檢查沒(méi)有以上故障，則可定位為PACK 內(nèi)部問(wèn)題，需繼續(xù)排查。

c）副駕座位下方的MSD 是否存在漏裝、互鎖針彎曲、斷裂。

d）BMS 的高壓插接件互鎖回形針是否存在彎曲、斷裂現(xiàn)象。若確認(rèn)有以上故障，可直接解決。若檢查沒(méi)有以上故障，則可定位為BMS 內(nèi)部問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

純電動(dòng)汽車高壓電安全一直是純電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)及應(yīng)用的重要組成成分。本文從高壓互鎖電氣原理出發(fā)，對(duì)某款電動(dòng)汽車高壓互鎖設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)模型，并據(jù)此對(duì)高壓互鎖故障的排查方法進(jìn)行了模型分析。針對(duì)目前已量產(chǎn)車型上出現(xiàn)的高壓互鎖故障，此方法能快速有效的鎖定故障原因，可靠高效。
 
 
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