新能源汽车高压互锁精准定位技术研究

房伟萍

山东交通职业学院 车辆工程学院 山东省潍坊市 261206

1 引言

近年来，随着新能源汽车的迅猛发展，新能源汽车的高压安全越来越引起人们的关注，高压互锁是新能源汽车的一种安全控制技术，主要有3 个作用：一是用来检测高压回路松动（会导致高压断电，整车失去动力，影响乘车安全）并在高压断电之前给整车控制器提供报警信息，预留整车系统采取应对措施的时间。二是在车辆上电行车之前发挥作用，检测到电路不完整，则系统无法上电，避免因为虚接等问题造成事故。三是防止人为误操作引发的安全事故。在高压系统工作过程中，如果没有高压互锁设计存在，手动断开高压连接点，在断开的瞬间，整个回路电压加在断点两端，电压击穿空气在两个器件之间拉弧，时间虽短，但能量很高，可能对断点周围的人员和设备造成伤害。

目前，当高压互锁出现故障时，诊断仪仅能提供“VCU 高压互锁断开、紧急下电请求”信息，不能提供准确故障位置，这使新能源汽车在使用和维修过程中，增加了新能源汽车高压安全风险，同时增加了互锁故障诊断工作量。针对这一问题，提出一种新能源汽车高压互锁检测电路，在高压接连接器出现松脱时，VCU 不仅能够检测高压回路的完整性，而且能够准确定位出现断路的高压连接器，提高新能源汽车高压安全系数，减少新能源汽车高压电路故障带来的安全风险，同时减少故障诊断工作量。

2 高压互锁检测电路设计方案

设计电路总体框架如图1 所示，包括+5V 直流电源、晶振、检测显示、程序写入及复位电路和高压互锁检测电路。

图1 总体电路框架

高压互锁检测电路如图2 所示，单片机发出1.25KHz 脉冲经过光电耦合器和电阻R7 上拉至B+电压，光电耦合器的输出经稳压二极管D3 和二极管D4 将V2 电压稳定在0-10V 矩形脉冲,提高检测电压的稳定性和检测精度，二极管D4 可防止电路反接造成电路损坏。V2 经过4 个高压连接器与R5、R6 串联形成回路，其中R6 的电压V1 进入ADC 转换器，用于单片机对互锁回路的状态进行检测，R5 与R6 的电压之和，即V3 电压，用于维修人员进一步进行故障确认，电路当中的电容C1、C2 用于滤除电路干扰信号。当PEU、空调压缩机、PTC、OBC 盒盖开关及相关线路出现断开时，通过改变R1-R4 的并联电阻，从而改变检测点V3 与ADC 输入电压V1，单片机根据对V1 的变化实现高压回路完整性及断点位置的判断。

图2 高压互锁检测电路

程序设计流程图和ADC 转换输入电压V1 及检测点V3 电压设计目标如图3 所示。

图3 程序设计流程图

其中，V1、V3 的计算公式如公式（1）、（2）所示。由于互锁回路断开，只改变了V1 和V3 脉冲的高电平，因此数据采集时，设计了脉冲上升沿触发，当单片机检测到脉冲上升沿时，延时50us 触发ADC 转换，进行数据采集。

外围电路包括程序写入及复位电路，电源电路，晶振电路，显示电路，其中，电源电路采用了LM2576-5 的典型应用电路，显示电路为三个数码管共用八条相同数据线进行分时显示，显示电路实际应用中可以集成在新能源汽车仪表中。

3 实验验证

新能源汽车高压互锁设计电路实体电路连接如图4 所示，作品由高压互锁控制器，显示器，高压部件等组成。高压部件主要包括电机控制器PEU、空调压缩机、高压加热器PTC 等，相应的可以扩展至其它高压部件，比如OBC（车载充电机）盒盖开关等。

图4 高压互锁检测实体电路连接

不同的高压部件断开时，控制器根据V1 信号检测，准确定位出故障的高压部件,同时显示出故障信息错误1、错误2、错误3、错误4 等。诊断时可通过检测点V3 的幅值进一步确认故障点位置。当电路正常时，检测点V3 的波形如图5 所示，当不同的高压部件断开时，检测点V3 的波形如图6-图9 所示。

图5 检测点V3 正常波形

图6 PEU 断路时V3 波形

图7 PTC 断路时V3 波形

图8 空调压缩机断路时V3 波形

图9 高压部件盒盖开关断开时V3 波形

通过实验测试，结果显示，当不同的高压部件断开时，检测电路可通过检测信号的不同精确判断出高压连接器断路的位置。

4 结语

与传统技术相比，本文提出的高压安全电路设计可以使新能源汽车在使用和维修过程中出现的高压连接器松脱或断路情况进行精准定位，直接找出故障点，减少高压安全触电风险，提高新能源汽车在使用和维修过程中的高压安全系数，同时可减少诊断工作量，节省维修时间。

本高压互锁精准定位设计只需将设计电路集成在新能源汽车VCU 中，将VCU 输入相应的程序，即可实现高压互锁的准确定位，提高新能源汽车高压安全系数，容易实现，成本低，市场应用前景广阔。