基于某款新能源车的高压互锁研究及故障排除

周 霖， 成 瀚

（上汽通用汽车有限公司武汉分公司， 湖北 武汉 430000）

电动汽车的快速发展在给人们带来出行便利的同时，电动汽车动辄300V以上的高压电器系统，也给车载高压用电器的使用安全带来严峻考验。高压互锁装置作为一项重要的防护措施，其复杂冗长的线路也给高压互锁类故障排查带来了种种困难，本文通过对高压互锁机制的研究，针对某造车过程中出现的高压互锁故障的梳理和总结，从高压互锁策略、故障排除方法等两个方面对高压互锁故障进行归纳总结，便于迅速定位故障原因并进行有效遏制。

1 高压互锁

高压互锁HVIL （High Voltage Interlock） 通过低压信号来检测电动汽车上整个高压模块回路电器连接的完整性［1-2］，由于电动汽车高压模块分布在各个子系统中，高压模块间的连接通过高压线束及其插接件形成一个完整的整车高压系统，在振动及冲击的恶劣工况下，当整个电动汽车高压回路断开或者完整性受到破环时，就需要启动安全措施，如报警或者断开高压回路，因此高压互锁的设计是确保人员安全和车辆设备安全运行的关键［3］。如图1所示，高压控制系统由高压电池、车载充电模块、电机控制模块、驱动电机、高压分配模块等组成。高压互锁监控器向高压互锁回路提供一个信号电压，然后检测返回的信号电压，如果检测不到返回的信号电压，则表明高压线路可能处于断路状态，若继续供电会有安全隐患，此时动力电池控制单元会切断高压电供电。

图1 某纯电动汽车高压系统组成

2 高压互锁诊断功能要求及其控制策略

基于高压互锁检测原理得知当车辆发生高压互锁故障时，要确保高压系统以合适的方式进行安全断电，并且在故障排除之前高压系统不能上高压，同时触发对应的诊断故障码DTC （Diagnostic Test Code）。图2为某纯电动汽车高压互锁报警及DTC。

1） 故障报警：无论车辆是否处于行驶状态，检测到HVIL （High Voltage Interlock） 故障，通过仪表SVS （Service Vehicle Soon） 指示灯，提醒驾驶员注意车辆情况。

2） 切断高压：当车辆处于停驶状态，检测到HVIL故障，通过整车控制可以采取切断高压。

3） 限功率行驶：行驶过程中识别到危险时，车辆会依据车速进行判断，低速不能马上断开高压，首先车辆会发出提示并点亮驱动功率限制信号故障灯 （Power Reduced） 提示驾驶员，然后限制功率，并限制油门请求，使车速降低，且不允许加速，当BMS检测到车速小于特定低速的阈值时，直接断开高压继电器，确保车辆在行驶过程中车辆高压系统工作在较小的负荷，为驾驶员提供一定的时间靠边停车。

图2 某纯电动汽车高压互锁报警及DTC

3 高压互锁的排故及案例分析

HVIL设计一般有两种形式，一种是环形互锁，一种是星型互锁。对于星型互锁而言，可以很方便地排查到出问题的插接件，故障排除较为简单，本文主要针对环型互锁故障类型进行介绍。环型互锁指所有的高压件互锁检测串联到一起，在同一回路上，由BMS检测整个回路的完整性。环形互锁只能一个个排查，下面以某款纯电动汽车为例子对纯电动车的高压互锁排故进行举例。

某款纯电动汽车采用典型的环型设计，各个高压模块都串联在同一回路中，BMS检测高压互锁回路的完整性。由于涉及的高压互锁模块众多，环形线路较长，给缺陷的排查带来了一定的困难。

1） 方法1：分割排除法，利用串联电路特性采用分割方式，对回路故障进行迅速定位。

示例1：针对某车报码BMS P0A0D.00 BMS INTERLOCK FAILD 故障。在故障排除上，首选回路中间位置自锁回路插头进行“切块法”试探，确认整个回路的大致故障线路，缩小排故范围。如图3通过对车载充电模块X1-7针脚至电加热模块X1-1针脚通断性检查（①与②图示区域之间），发现此间回路处于断路状态，直接锁定故障位于包含高压电池及高压压缩机等模块之间回路，如图3所示红色回路区域。

图3 某纯电动汽车高压互锁回路电路示意图

2） 方法2：短接法，利用短接模块回路方法，对故障回路区域进行定位，确认故障是产生于模块零件内部，还是外部线束连接。

示例2：本例中，通过对电池高压互锁回路X1-9、X1-6两根PIN脚的短接，如图4所示，车载充电模块X1-7针脚至电加热模块X1-1针脚线路回路恢复导通状态，取消短接电池X1-9 、X1-6的PIN脚，互锁回路恢复不导通状态。得知产生高压互锁故障是源于高压电池区域。

图4 某纯电动汽车高压电池区域互锁原理图

3） 方法3：排除法，针对故障区域故障树建立，逐一排查故障，锁定故障原因。

示例3：由电池区域原理图4及互锁回路插接件示意图5可知，互锁回路存在于模块内部，也通过高压连接器内部的U型回路监控整个高压插接件连接状态的完整性。模块内部及模块高压插接件之间的互锁回路故障，均会引发车辆高压互锁报码，通过故障树建立逐项排除，进行故障定位。

图5 某纯电动汽车高压电池区域互锁回路插接件示意图

本案例中，通过图6鱼骨图排除法，在确认电池高压插接件连接状态时，发现插头高压互锁回路插接件塑件发生挤压变形，导致互锁回路故障，如图7所示。

图6 电池区域高压互锁鱼骨排除法

图7 电池高压插接件互锁回路塑件溃缩变形缺陷状态

结论：通过分析锁定到此次车辆互锁故障发生的原因是在电池与高压线束结合插接件的位置，互锁回路低压插头在安装过程中被破环，导致整个互锁回路不导通。修复插接件后故障排除。

4 结论

针对纯电动汽车高压互锁逻辑判断，在串联式高压互锁回路中，当高压线束或者高压模块本身出现短路及断路故障时，此时触发车辆高压互锁保护机制，这类问题的排查需要针对性使用“分割法”缩小故障排除范围，通常情况下，选取整个回路居中位置的互锁回路插接件，分段式测量通断，进而定义故障区域是简单而高效方式。此外“短接”模块方法对于判断故障位于模块内部或者模块外部线路有很好的效果，对高压互锁故障排查具有较好的指导意义。