北汽EV160高压互锁故障排除方法及维修技术研究

2021-05-26黄春梅池杜旺

汽车实用技术 2021年9期

黄春梅，池杜旺

（1.广东理工学院汽车工程系，广东肇庆 526100；2.肇庆市科技中等职业学校，广东肇庆 526020）

绪论

随着纯电动汽车不断普及，以及各种技术不断在纯电动汽车上使用，给汽车维修带来新的挑战，根据ISO国际标准《ISO6469-3：2001电动汽车安全技术规范第3部分：人员电气伤害防护》中规定，车上的高压部件应具有高压互锁装置。其中高压互锁故障是纯电动汽车高压不上电故障的常见问题。

1 故障现象

一辆北汽EV160纯电动汽车在启动过程中，车辆无高压上电迹象，仪表提醒显示动力蓄电池故障，挂上D档或者R档，车辆没有行驶反应。

2 故障原因分析

考虑该车辆在之前是作为教学车辆使用，做过《纯电动汽车构造》课程的实训项目，但没有对车辆进行拆装，通过仪表故障指示灯提示，报动力蓄电池故障，以及对仪表的通电情况来看，初步判断故障范围如下：

电池管理系统中高压电路、低压控制、高、低压线路接头松动；控制系统中主控保险丝或者主继电器损坏；高压互锁方面故障；整车控制系统故障等方面导致车辆不上电。

纯电动汽车高压不上电故障是比较常见的故障现象，但维修起来需要对整车的通信系统、高压互锁回路工作状况、接触器控制回路等情况进行检查，检查难度大，涉及的高压元件也比较多，危险性高。

3 故障点相关的理论知识

3.1 动力蓄电池系统上电原理

北汽EV160纯电动汽车动力电池系统主要是向汽车提供驱动用的动力，由动力电池组、动力电池箱体、动力电池管理系统和辅助元器件四部分组成，其上电原理如下。

3.1.1 放电初期预充

打开点火开关至ON挡位置，纯电动汽车各控制系统进行自检，如果都没有故障，所有线路自检正常，整车控制器（VCU）唤醒电池管理系统BMS，BMS进行自检和初始化，完成后上报给整车控制器。

整车控制器发出高压供电指令，BMS开始按顺序控制继电器的闭合和断开。由于电路中电机控制器和空调压缩机控制器等含有电容，在放电模式初期，BMS控制预充继电器进行闭合，需要给各控制器电容运用低压、小电流进行充电，当电容两端电压接近动力电池总电压时，断开预充继电器[1]。

3.1.2 放电过程

BMS闭合主正继电器，断开预充继电器，主电路接通，动力电池组开始放电。

从放电的过程可以看出，如果想要动力蓄电池正常放电，需要整车控制器（VCU）和BMS共同控制。

3.2 高压互锁

高压互锁（High Voltage Inter-lock，简写HVIL），是纯电动汽车上一种利用低压信号监测高压回路完整性的安全设计措施。其作用在于高压互锁回路接通或断开的同时，电源控制器接收反馈信号，进而控制高压电路的通断。

采用“二分法”方案在整车上高压电之前，确保整个高压回路连接完整，提高安全性；在整车运行过程中，当高压系统的完整性遭到破坏时，断开整个高压回路并放电；可防止带电拔插时拉弧造成的损坏。一旦信号中断，意味着高压连接器出现了脱落或者接触不良等，高压互锁信号将不能送到VCU，一旦VCU没有送出电信号，纯电动汽车将无法上高压电。

通过在北汽EV160维修手册有关高压互锁资料和一些相关的文档文章中，查找出北汽EV160互锁回路设计原理，并通过手绘出北汽EV160纯电动汽车高压互锁连接图（如图1所示）。

图1 纯电动汽车高压互锁连接图

北汽EV160高压互锁控制回路：由整车控制器（VCU）13号端子发出，到电动压缩机低压插件入，由电动压缩机高压插件中的互锁端子闭合，到车载充电机，还是充电机的高压插件互锁端子闭合，进入高压控制盒低压插件，到盒盖开关，其中由快充高压插件互锁端子、电机控制器互锁端子、和动力电池互锁端子闭合，后接到DC/DC，最后到PTC搭铁。VCU与动力蓄电池、电机控制器的连接由CAN-L和CAN-H来完成[2]。

最终形成一个闭环检测系统，一旦低压检测电路出现问题，则VCU判断为故障，将断开预充继电器、主正继电器、主负继电器的供电，则动力蓄电池无法为整车提供高压电。动力蓄电池故障，往往需要检修高压元件[3]，北汽EV160纯电动汽车高压元件，动力电池、高压接线盒、电机控制器、驱动电机、DC/DC转换器、快、慢充电插座、车载充电机、压缩机、高压线束等。

4 故障诊断与排除

4.1 车辆初步检查

（1）检查确认车辆的停放，做好安全防护措施；确认驻车制动，N档状态，检查仪表显示的故障。

（2）高压系统断电及绝缘检测。

断开12V蓄电池负极，把负极的极桩用胶带覆盖，避免出现危险，带上绝缘手套，等5分钟后再拆下维修开关，并对维修开关内的高压互锁片进行检查，没有断开迹象，且互锁片阻值为0.1Ω，正常。

（3）主要供电保险丝、继电器状态检查。

通过对保险丝和继电器的状态检查，打开前仓盖保险丝盒，检查没有发现保险丝断开、继电器断路的现象。

（4）使用北汽新能源汽车诊断仪VCI进行故障诊断。

1）将诊断设备连接到OBD接口上，与控制器通讯，打开诊断仪表界面。

2）点击诊断软件，选好车型：EV系列，车型160；进入快速测试系统，读取故障码，整车控制器（VCU）出现故障代码为P0A0A94（高低压互锁故障）、U025687（RMS CAN丢失）P150264（倒车雷达通信丢失）。

3）故障码的分析判断。

通过对故障码的分析，U025687（RMS CAN丢失）、P150264（倒车雷达通信丢失），对动力蓄电池故障影响不大，故排除；而高低压互锁故障则会引起动力系统故障，整车不上电，所以故障排除重点放在高低压互锁故障。

4.2 制定计划与检修

通过查找北汽EV160车辆维修手册，结合手绘的纯的汽车高压互锁连接图，根据分析，整车电路中有互锁的装置比较多，基本上涵盖了高压部件，检修的范围比较大，几乎涉及到所有的高低压元件及插件接头等。

图2 配电盒内部互锁连接图

北汽EV160纯电动汽车高压互锁其工作原理是：信号从 VCU插件13端子出，到压缩机低压插件3号脚入到2号脚出（由压缩机高压插件的互锁端子闭合），再从车载充电机低压插件13号脚入、5号脚出（由车载充电机高压插件互锁端子闭合），高压接线盒低压插件11号脚出，经过盒盖开关，有快充插件、动力电池插件、电机控制器插件（如图2所示），到高压控制盒11PIN插件L脚入，再来到DC/DC插件1脚入，2脚出，最后来到PTC插件4脚。

通过上述的分析，整个高压互锁连接的元件非常多，线路也长，如果按照EV160高压互锁的连接线路一步一步来检查，时间长，效果不明显，而且有一部分是高压元件，也存在一定的危险性，关键是线束的实际连接布置和电路图有一定区别，比如高压元件的插件是按汽车具体情况来布置的。

互锁的控制有高压有低压部分，对于闭合的条件也是要两者相互结合，对于检修过程，必须知道其连接方式，才能更快更准确查找出原因。

通过分析，发现如果以高压接线盒低压插件11号脚为分界点，采用“二分法”方案，分为两个部分，如果该端子有12V电压，则前面充电机电路部分没有问题，故障在高压盒到PTC插件；如果没有12V电压，否则故障就在VCU和充电机之间的线路。制订出排除故障的思路如图3。

图3 故障检修流程

5 故障检修流程

根据故障排除计划，实施检修过程。

（1）接上蓄电池负极，打开点火开关，到ON档，测量高压接线盒低压插件11号脚电压，为0V，根据前面的分析，可以锁定故障是故障在VCU和充电机低压插件的线路，可能原因是线路出现断路、接触不良等；还有另一种可能就是高压附件线束（高压线束总成）、空调压缩机4芯插头的中间互锁端子出现问题，因为最终互锁线路的闭合也要靠各个高压插头来闭合。

（2）根据前面的分析，对充电机低压插件的13号脚测电压，电压还是为0V，说明故障在压缩机到VCU之间，测量空调压缩机低压 6 芯插件，3号脚电压，电压为11.9V，2号脚无电压，推断故障是高压线束附件总成的空调压缩机插件，经检查发现，空调压缩机4芯插头的中间互锁端子，出现弯曲变形，更换维修[4]。

（3）接好插头，装上高压维修开关，装上蓄电池负极。

（4）使用北汽新能源汽车诊断仪VCI进行故障诊断，读取故障码，清除故障码，再一次读取故障码，无故障出现。重新上高压电，车辆上电正常，READY亮，挂上D档或者R档，车辆正常行驶，故障排除。