新能源汽車高壓互鎖原理及失效分析

新能源汽車高壓互鎖原理及失效分析

電動汽車高壓系統(tǒng)工作過程中，最大的一類風險是車輛突然斷電，失去動力。造成車輛動力中斷的原因有很多種，其中之一就是高壓回路連接位置松脫斷開。電動汽車的另外一類風險，是在系統(tǒng)工作過程中人為誤操作，手動斷開高壓連接器。高壓互鎖設計可以監(jiān)測到回路的連續(xù)性，并在高壓斷電之前給VCU發(fā)送報警信號，使VCU對整車系統(tǒng)采取應對措施。在斷開的瞬間，整個回路電壓加在連接器端點兩端，而高壓連接器自身不具備分斷能力，電壓擊穿兩個器件之間空氣產(chǎn)生很強的電弧，可能對斷點周圍的人員和設備造成傷害。高壓互鎖的存在，則可以在連接器斷開的同時，斷開動力電池的輸出，避免觸電。1、高壓互鎖分析高壓互鎖是用低壓信號監(jiān)視高壓回路完整性及連續(xù)性的一種安全設計方法。高壓互鎖設計能識別高壓回路異常斷開或破損，及時斷開高壓電。理論上，低壓監(jiān)測回路比高壓先斷開，后接通，中間保持必要的提前量，時間長短可以根據(jù)車型具體策略確定。整車所有高壓連接器連接位置，都需高壓互鎖信號回路，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)成一個完整回路。但高壓互鎖設計，可能對A電器設置一個單獨的互鎖信號回路，同時給B電器也單獨設置一個互鎖信號回路；還可能把A和B的互鎖信號串聯(lián)在一個回路中。即互鎖回路可設計成并聯(lián)模式，也可設計成串聯(lián)模式。整車高壓系統(tǒng)以動力電池作為電源，低壓回路同時也需要一個檢測用電源，讓低壓信號沿著閉合的低壓回路傳遞。當?shù)蛪盒盘栔袛啵f明某一個高壓連接器有松動或者脫落。在高壓互鎖信號回路基礎上，設計監(jiān)測點或監(jiān)測回路，負責將高壓互鎖信號回路的狀態(tài)傳遞給BMS。高壓互鎖設計的實現(xiàn)，需要以下設備組成：高壓互鎖連接器及高低壓導線，閉合的低壓電源信號回路，高壓互鎖監(jiān)測回路及監(jiān)測模塊（監(jiān)測模塊可以是電池管理系統(tǒng)BMS，或者整車控制器VCU），監(jiān)測模塊根據(jù)高壓互鎖監(jiān)測結(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、高壓導電件、低壓信號導電件和監(jiān)測模塊及監(jiān)測線路組成。高壓互鎖連接器，一般實現(xiàn)方式是在對插的一對公端、母端上，分別固定著一對高壓接插件和一對低壓接插件。當高壓插件處于斷開狀態(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、高壓互鎖案例下圖為某款電動車高壓互鎖電氣原理圖示。圖1某款電動車高壓互鎖電氣原理該款電動車采用的串聯(lián)方式，從BMS的正極引出高壓互鎖低壓檢測線，途徑PDU-DCDC-ACCM-PTC再回到BMS的負極，形成一個互鎖回路。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題時，檢測BMS輸入輸出的兩個腳位電壓，在設計電壓范圍內(nèi)則正常?；蛘咧苯訙y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，采用帶高壓互鎖結(jié)構(gòu)的連接器連通整個回路。只要高壓插件虛接或者斷開，整個低壓互鎖回路則會斷開，BMS停止提供高壓輸出，外部操作人員則不會有觸電危險。如圖2所示。圖2高壓用電器互鎖回路連接示意圖以某款電動汽車為例，判斷車輛是否是高壓互鎖故障，需滿足兩個條件：第一：組合儀表中，動力電池故障指示燈常亮；第二：CAN線上BMS發(fā)出的報文$1D8:BMS_General_Status_1::HVInterLoStat=False。當同時滿足這兩個條件，則可判定為高壓互鎖故障。互鎖回路排查：首先，整車斷開12V低壓供電。再斷開BMS與動力電池連接的低壓插件，用萬用表測量BMS正極輸出X2-1與負極輸入X2-11針腳之間的電阻值。若電阻值大于5Ω以上，則需要檢查整個高壓回路通斷。

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；若回路確認有以上故障，可直接解決。若回路檢查沒有以上故障，則可定位為線束通斷或用電器模塊內(nèi)部問題，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線束端開始，分段依次排查。圖3排查示意圖如圖3所示，檢查K到X2-10，J到X2-11是否導通。若哪一段沒有導通，則可鎖定為故障模塊。若電阻值小于等于5Ω，則需要檢查整個高壓回路是否存在短路。

a）若電阻值小于5Ω，則說明回路導通。需檢測X2-10對地是否短路。

b）檢測X2-10對電源是否短路。若確認有以上故障，可直接解決。若檢查沒有以上故障，則可定位為PACK內(nèi)部問題，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。

若確認有以上故障，可直接解決。若檢查沒有以上故