谈谈新能源汽车高压互锁系统的原理及故障诊断

牛皓霖

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摘要：新能源汽车与传统汽车在原理上有较大的区别，新能源汽车由高压系统和低压系统组成，而传统汽车只有低压系统。新能源汽车的高压系统包括充电系统、电池管理系统（BMS）、储能系统（动力电池组）、动力系统和其他高压元件。因此，高压系统里500V以上和上百安培的电流都是对汽车高压部件运行、维护及维修安全的一种考验。因此，高压互锁是新能源汽车电气保护的一个重要组成部分。本文就从新能源汽车高压互锁系统的原理及故障诊断展开分析。

关键词：新能源汽车；高压互锁系统；原理及故障诊断

1、高压互锁的结构组成及控制原理

高压互锁也被称为“危险电压互锁回路”，其原理图如图1中a所示。高压互锁利用小电池发出的信号来检测整个高压回路是否完整，当高压回路断开或破损时，高压互锁失效。如果高压互锁在汽车启动前失效，车辆将不能上高压电；如果在汽车行驶中失效，车辆可能会进行报警或断开高压等操作，这取决于车辆的逻辑策略。

高压互锁信号回路包括两部分，一部分用来监测高压供电回路的完整性，另一部分用来检测所有的高压部件保护盖是否非法开启，高压互锁回路示意图如图1中b所示。

监控高压电源电路完整性的部分也可以分为两种形式：一种是与高压电源线并联连接，并把所有高压连接器和连接器监控器串联连接，形成一个完整的电路；另一种形式是每个高压部件控制器负责监测各自的高压互锁信号，只有当所有控制器接收到高压互锁信号时，才允许上高压电。且由于专利、技术储备、成本等原因，每个厂家会根据自己的系统去进行调整，所以在修理新能源车的时候必须足够了解这辆车的策略、电路图及维修手册等内容。

图1

2、新能源汽车安全策略

当高压互锁系统发现危险时，控制器会根据行驶状态和危险程度的故障风险度使用合理的安全策略，这些策略包括以下几点。

2.1故障报警

无论电动车辆的状态如何，发现危险之后，高压互锁系统都会提醒驾驶员，让驾驶员注意到发生异常情况并及时处理，以避免事故发生。

2.2切断高压源

当汽车静止时，高压互锁系统发现危险后，发出故障报警，同时也会断开继电器，完全切断高压电源，避免高压危险，确保财产和人身安全。

2.3减功率工作

在高速行驶的过程中高压互锁回路识别到危险情况后，高压互锁系统也不会立即切断高压电源。但车辆会提示驾驶员有危险，同时降低车辆的速度，使车辆在小负荷的情况下运行，从而降低发生高压危险的概率，同时驾驶员也可以将车辆停到安全的地方，等待救援。高压互锁电路利用串连电路的特点来检测电路的完整性，一旦检测到电路中断，系统就会根据策略停止供电，以避免风险，所以我们平常维修和高压电相关的电路时，打开有高压电裸露部分的盖子其实高压电已经切断。但是由于具体的厂家不同，不能保证每辆车都有高压互锁电路，因此在维修的时候一定要按照流程先断开高压电再进行维修操作。

3、高压互锁故障原因

高压互锁回路完整是新能源汽车能够上高压电的一个必要条件，必须接通高压互锁回路，才能正常上电。如果高压互锁回路不能接通，那么一定会导致上不了高压电的故障现象。高压互锁系统故障原因有高压互锁回路故障和电子控制系统故障两种，且一定不能忽略电子控制系统的故障。

4、高压互锁故障诊断

由于各个厂家的新能源汽车高压互锁线路设计不同，其维修思路也有一些不同。以某国产品牌的纯电动车为例排查故障，其互锁连接原理如图2中a所示。

从该车的高压互锁连接原理图来看，该车高压互锁回路由高压电控组成、动力电池包、电池管理器和PTC组成。高压互锁回路依次将高压电控总成低压导线连接器的端子22、PTC的端子2和端子1、电池管理器的02导线连接器的端子7、电池管理器的01导线连接器的端子1、动力电池包导线连接器的端子9、动力电池包导线连接器的端子14和高压电控总成低压导线连接器的端子23串联起来。

4.1线路插头虚插的判别

先检查低压电池电压，是否为13.8V；再检查高压互锁回路的线束是否接插良好。

4.2PTC故障的判别

先判定PTC是否完好，因为PTC内部结构简单，容易测量，最好排除。把PTC的高压互锁插头拔掉，测量PTC的端子1和端子2，检查PTC是否完好。

4.3动力电池包故障

该款车是磷酸铁锂电池，整个电池包有13个电池模组，连接方式为串联，电压输出约为直流633.6V。动力电池包内部共有4个接触器。而该电池具备高压互锁，因此只有所有接触器全部连接，电池包的输出端才能有电压，如图2中b所示。动力电池包通过高压母线与四合一控制器相连接。断开小电池负极，拆下小电池的起动导线连接器，拆开四合一控制器端盖，再装上负极连接线和起动导线连接器，再启动汽车。测量四合一控制器内动力电池导线连接器的输出电压，为0。断开动力电池导线连接器与四合一控制器连接端，检查动力电池包对车身绝缘情况，DC＋和DC-对搭铁绝缘电阻均大于500Ω/V，说明绝缘良好，排除了动力电池包对车身漏电的故障。

图2

4.4高压电控总成的检测

高压电控总成由于不能打开，并不容易检测，所以把其他故障排除了基本上可以确定是四合一的故障。

结束语

能源汽车的维修不是什么洪水猛兽，但是也不能小看。在维修新能源汽车之前，修理工必须增加对高压电的认识学习，掌握其性能及高压安全才能上岗操作。特别提示，在这里只是介绍高压互锁电路的工作原理及基础诊断，而在实际维修中还必须认识全面，安全操作。

参考文献：

[1]李伟亮.高压互锁系统分析[J].汽车维修与保养，2017.

[2]孙李璠.纯电动汽车高压互锁方案设计[J].汽车电器，2016.

[3]李高林.电动汽车高压互锁研究[J].汽车电器，2013.