详解大众MQB/MEB平台高压蓄电池高压开关

成都市毛建军新能源汽车技能大师工作室 毛建军

高压蓄电池高压开关承担着接通、断开高压，紧急状态下的安全保护，监测控制结果，检测电压、电流的重要任务，是电动、混动新能源汽车重要的安全控制部件。

目前，汽车维修中有关高压蓄电池高压开关的介绍还比较少，维修人员对高压蓄电池高压开关基本原理掌握不足，这在一定程度上影响了维修人员对高压蓄电池高压开关方面故障的判断及维修。因此，有必有对高压蓄电池高压开关的结构、功能与采样进行介绍和说明。本文以大众车型高压蓄电池高压开关结构为研究对象。按照车型，大众分为MQB平台和MEB 平台，按照动力状态又分为PHEV和BEV，高压蓄电池高压开关有MQB-PHEV混合动力高压开关、MQB-BEV纯电高压开关、MEB-BEV纯电高压开关三种。其中，MQB-PHEV混合动力高压开关主要用于迈腾、高尔夫、帕萨特、途观等混合动力车型上，MQB-BEV纯电高压开关主要用于朗逸、宝来、高尔夫等纯电动车型上，MEB-BEV纯电高压开关主要用于ID系列纯电动车型上。

1 高压开关基本组成

（1）开关内部橙色部分为高压，包括电压采样线、电流信号、接触器触点、预充电电路。

（2）开关内部包括电流传感器、高压熔断器、电压采样电路。

（3）开关内部包含高压蓄电池电源接触器、直流充电接触器、预充电接触器，其中直流充电接触器、预充电接触器由高压开关类型决定是否安装。

（4）开关的温度传感器、预充电电阻、电容、燃爆式安全开关等部件由高压开关类型决定是否安装。

2 高压开关基本控制框图

高压开关安装在高压蓄电池内部，受高压蓄电池控制单元控制。如图1所示，高压蓄电池控制单元（J840）控制高压接触器断开、闭合，从而实现高压蓄电池与高压系统断开、连接。

图1 高压开关基本控制框图

3 高压开关主要部件

（1）高压蓄电池控制单元（图2）。高压蓄电池控制单元的功能包括控制高压蓄电池模组控制器、高压开关、高压蓄电池冷却、电芯均衡、高压联锁、检测绝缘及高压电池容量管理等，其内部包含高压、控制电路高低压隔离，外部连接也采用高低压隔离的连接方式。

图2 高压蓄电池控制单元

（2）电流传感器。高压开关内集成有2个霍尔式电流传感器（图3），用于检测高压蓄电池实际充、放电电流，据此，高压蓄电池控制单元计算判断高压电路、高压电池负载状态。2个电流传感器是作为冗余控制的。电流传感器有2线式和6线式，6线式电流传感器集成有开关温度传感器（G1132）。电流传感器采用螺栓压接方式安装在高压蓄电池HV-与高压电源接触器负之间。

图3 电流传感器

（3）高压电源接触器和直流充电接触器（图4）。高压电源接触器、直流充电接触器控制高压蓄电池与高压系统、直流充电插座的闭合、断开。高压电源接触器、直流充电接触器采用同一型号高压接触器，采用螺栓压接方式连接高压回路，采用插接件连接接触器线圈。接触器线圈由低压直流12 V控制，触点控制高压。高压蓄电池控制单元能够对高压电源接触器、直流充电接触器的触点闭合状态、控制线圈的连接状态进行监控。

图4 高压电源接触器和直流充电接触器

（4）预充电接触器（图5）。预充电接触器控制高压系统启动时预充电电路的闭合、断开。预充电接触器一般采用插接方式安装。预充电接触器线圈由低压直流12 V控制，触点控制高压。高压蓄电池控制单元能够对预充电接触器触点闭合状态、控制线圈的连接状态进行监控。

图5 预充电接触器

（5）预充电电阻（图6）。预充电电阻在预充电状态下串联在整车高压供电电路中，用于降低高压供电电路的启动电流。预充电电阻与预充电接触器触点串联，电阻为大功率电阻，阻值为30 Ω。不同配置高压开关预充电电阻的阻值、功率有差异。

图6 预充电电阻

（6）高压熔断器（图7）。高压熔断器用于高压系统对应线路的过流、短路保护。高压熔断器有额定电流和电压等级要求，以保障熔断器的熔断断路能力。高压熔断器采用螺栓压接方式安装，由电压采样线进行监控。不同配置高压开关的高压熔断器安装位置不同，不同配置高压熔断器的熔断参数不同。

图7 高压熔断器

（7）燃爆式安全开关（S415，图8）。燃爆式安全开关用于碰撞断电、高压系统过流短路保护。由安全气囊控制单元根据碰撞信号直接触发燃爆式安全开关，触发后，整车高压系统电路与高压蓄电池断路。燃爆式安全开关具有过流熔断功能，不同配置熔断电流参数不同。注意：燃爆式安全开关是不可恢复性紧急断路器，如果触发，则需要更换燃爆式安全开关方可恢复上电。

图8 燃爆式安全开关

（8）电容（图9）。在高压开关高压蓄电池输入端并联有电容（25μF/600 V），其作用是保持电压不变和电压峰值保持平稳，稳定高压电网电压。特别提醒：电容为储能元件，在拆、装高压开关时需要按照规定步骤对电容进行放电、充电操作。

图9 电容

4 MQB/MEB平台典型高压开关

4.1 MQB-PHEV混合动力高压开关

4.1.1 MQB-PHEV混合动力高压开关的部件

MQB-PHEV高压开关为三接触器结构（图10），其控制功能如图11（图中A～E为5个电压取样点）所示，接触器触点用于控制高压蓄电池与高压电路的连接，接触器线圈为低压直流12 V控制。预充电接触器、预充电电阻、高压电源正接触器安装在高压正极电路中；高压电源负接触器安装在高压负极电路中；电流传感器（有4根线，实际上为2个电流传感器串联，每个传感器使用2根线）串联在高压蓄电池负极与高压熔断器之间；高压熔断器采用螺栓压接安装在电流传感器与电源负接触器之间，用于高压系统的短路保护。电压采样线共5根，其中高压正2根、高压负3根。

图10 MQB-PHEV高压开关

4.1.2 MQB-PHEV混合动力高压开关的控制功能

如图11所示，MQB-PHEV带预充电电阻的三接触器控制功能如下。

图11 MQB-PHEV带预充电电阻的三接触器控制功能

（1）正常上电功能。MQB-PHEV高压开关激活受点火开关点火信号（15号线）控制。高压蓄电池控制单元判断总线信号、电流传感器、电池温度、电芯电压、电压采样线、绝缘信号、安全联锁、低压蓄电池电压、点火开关信号等高压上电条件，所有高压上电条件满足，高压系统经预充电后完成高压系统上电，高压电源正、负接触器受控闭合。高压上电任一条件不满足，高压系统断电，高压电源正、负接触器处于受控断开状态。

（2）预充电功能。MQB-PHEV高压开关受高压蓄电池控制器单元控制，在满足上电条件后，高压蓄电池控制器单元控制预充电接触器和高压电源负接触器闭合，预充电电阻降低高压系统启动电流，进行高压系统预充电。高压系统预充电电流、电压曲线由高压蓄电池控制单元通过电流传感器和电压采样线监控。预充电完成后，高压蓄电池控制单元控制高压电源正接触器闭合，断开预充电接触器。

（3）交流充电功能。车载充电装置通过总线激活高压蓄电池控制单元，在判断交流充电条件满足后，高压蓄电池控制单元控制预充电功能和正常上电功能，最终实现高压电源正、负接触器受控闭合。

（4）过载保护功能。MQB-PHEV高压开关电流传感器串联在高压蓄电池负与高压熔断器之间，通过实测高压蓄电池的充、放电电流，与相关控制器中当前工况下的理论电流进行对比，判断高压系统负载状态。如果高压蓄电池控制单元根据电流传感器信号判断高压系统过载，则控制高压电源正、负接触器处于受控断开状态。

（5）短路保护功能。高压熔断器采用螺栓压接安装在电流传感器与电源负接触器之间，用于高压系统的过流、短路保护。

（6）断路保护功能。高压蓄电池控制单元通过安全联锁线判断高压电路连接状态，任何一个高压导线连接异常，高压蓄电池控制单元均控制高压电源正、负接触器触点断开。

（7）碰撞断电功能。MQB-PHEV高压开关碰撞断路由安全气囊控制单元根据碰撞减速度通过总线发送不同等级的碰撞信号，当高压蓄电池控制单元接收到不同等级的碰撞信号后，控制高压电源接触器线圈断电，断开高压。典型的碰撞高压断电分为2种：一种可以通过断开、接通点火开关恢复高压系统供电；另一种不能通过断开、接通点火开关恢复高压系统供电，必须通过故障检测仪清除故障代码或设定来恢复高压系统供电。

4.2 MQB-BEV纯电高压开关

4.2.1 MQB-BEV纯电高压开关的部件

MQB-BEV纯电高压开关（图12）的结构与MQBPHEV高压开关基本一致，但由于纯电车辆增加了直流充电功能，因此在高压开关中增加了直流充电接触器1和直流充电接触器2，同时为稳定高压蓄电池输出电压，在高压开关输入端HV+与HV-之间并联有高压电容器（C30）。电压采样线共7根，其中高压正4根，高压负3根。

图12 MQB-BEV纯电高压开关

4.2.2 MQB-BEV带预充电电阻直流充电功能的五接触器控制功能

MQB-BEV高压开关为五接触器结构，与MQBPHEV高压开关相比，主要变化是增加了直流充电功能、电容稳压和交流充电功能。直流充电功能由高压蓄电池充电电压控制单元激活，其他控制功能与MQBPHEV一致。如图13（图中A～G为7个电压取样点）所示，MQB-BEV带预充电电阻直流充电功能的五接触器控制功能如下。

图13 MQB-BEV带预充电电阻直流充电功能的五接触器控制功能

（1）直流充电功能。MQB-BEV直流充电功能由高压蓄电池充电电压控制单元通过总线激活高压蓄电池控制单元，高压蓄电池充电电压控制单元和高压蓄电池控制单元在判断直流充电条件全部满足后控制控制高压开关工作。直流充电时，高压电源正、负接触器及直流充电正、负接触器都处于闭合状态。

（2）交流充电功能。高压蓄电池充电电压控制单元通过总线激活高压蓄电池控制单元，高压蓄电池充电电压控制单元、高压蓄电池控制单元在判断交流充电条件满足后，高压蓄电池控制单元控制预充电功能和正常上电功能，最终实现高压电源正、负接触器受控闭合。

（3）电容稳压。高压电容器并联在高压蓄电池HV+与HV-之间，用于稳定高压蓄电池电压。

4.3 MEB-BEV纯电高压开关

4.3.1 MEB-BEV纯电高压开关整体结构

MEB-BEV车型高压开关（图14和图15）包括高压蓄电池负开关盒（SX7）和高压蓄电池正开关盒（SX8），取消了预充电接触器及预充电电阻，但保留预充电功能，在高压开关中增加了燃爆式安全开关，部分配电功能也在高压开关中。SX7与SX8通过外部连接（图16），实现高压蓄电池与外部电路连接、计量、控制、监控、配电。

图14 MEB-BEV纯电高压开关整体结构

图15 MEB-BEV纯电高压开关内部电路

图16 SX7与SX8的连接方式

如图17所示，SX7中有2个电流传感器、开关温度传感器、燃爆式安全开关（S415）、高压电源接触器负、直流充电接触器负及4根电压采样线等。SX7与直流充电插座负、高压蓄电池负和输出负连接。如图18所示，SX8中有高压电源接触器正、直流充电接触器正、高压熔断器（S352）及4根电压采样线等。SX8与直流充电插座正、高压蓄电池正、高压输出正极T N+及高压输出正极AUX+连接。

图17 高压蓄电池负开关盒（SX7）的组成

图18 高压蓄电池正开关盒（SX8）的组成

4.3.2 MEB-BEV高压开关控制功能

如图19所示，MEB-BEV高压开关过载保护功能、安全联锁功能与MQB-BEV功能一致；直流充电、交流充电功能由车载充电装置激活。其功能变化主要有上电条件、预充电功能、断路保护、高压断电。

图19 MEB-BEV高压开关控制功能

（1）正常上电功能。正常上电状态由驾驶人座椅占用信号激活，高压电源接触器处于闭合状态，驾驶人离开座椅高压系统断电。其他上电条件与MQB-BEV高压开关一致。

（2）预充电功能。MEB-BEV高压开关系统没有预充电接触器、预充电电阻，整车具备预充电保护功能。MEB-BEV高压系统通过低压蓄电池与DC/DC（直流/直流转换器）升压功能，在高压接触器闭合前利用低压蓄电池储存的低压电能，通过DC/DC升压向高压系统充电，当高压系统预充电电压上升曲线和电流下降曲线符合要求后，高压电源接触器闭合，高压蓄电池向整车供电，DC/DC升压功能关闭。电驱动系统的功率和控制电子装置（JX1）的中间电路电容器1（C25）等由DC/DC进行预充电。

（3）短路保护。高压熔断器（S352）提供AUX输出端口过流、短路保护（空调、交流充电、PTC、DC/DC）。燃爆安全开关（S415）具有过流、短路保护功能，用于高压蓄电池输出过流、短路保护。特别提醒：不同MQB-BEV车辆燃爆式安全开关（S415）熔断电流参数不同，熔断后需要更换方可恢复。

（4）碰撞断电。碰撞断电除保留总线传递碰撞信号由高压接触器断电外，增加了由安全气囊控制单元直接控制的燃爆式安全开关（S415断电）。特别提醒：燃爆式安全开关（S415）触发后需要更换方可恢复。

5 高压开关电压检测原理

高压开关电压采样线用于高压蓄电池控制单元检测高压蓄电池输出电压、高压熔断器状态、高压接触器闭合及断开状态、预充电电压曲线。高压开关中电压采样电路全部为高电压，高压蓄电池控制单元通过这些电压采样来判断高压开关故障。高压蓄电池控制单元中电压采样算法不是单一的，电压采样算法包含2种以上的算法，高压蓄电池控制单元可以精准地确定任意电压采样线路的故障、接触器触点的状态、高压熔断器的状态等。

6 典型开关控制时序（预充电控制）

高压蓄电池控制单元按照工作顺序、时间间隔和预充电状态控制高压接触器工作（图20）。不同车辆高压电源接触器负与预充电接触器的起动时序会有差异。高压电源接触器负在整个上电过程中一直都处于闭合状态。高压电源接触器正工作在预充电完成之后，高压电源接触器正触点闭合后预充电接触器断开。点火开关钥匙置于OFF位时，高压电源接触器正与高压电源接触器负触点断开。点火开关钥匙置于ON位时，预充接触器闭合→高压电源接触器负闭合→预充电完成→高压电源接触器正闭合→预充接触器断开。

图20 开关控制时序（预充电控制）