荣威纯电动汽车E50 高压互锁工作原理与故障分析

胡东辉

（上海市公用事业学校， 上海 200030）

电动汽车是以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆。随着中国大力推动以新能源汽车为代表的战略新兴产业，出台多项支持和补贴政策，电动汽车产业得以飞速发展，产销量连年高速增长。但是电动汽车的构造、工作原理、维修保养等与传统汽车又有很大的区别，尤其是高压电气部分，一般都要在300V以上，需要有可靠的高压安全防护技术来保障电动汽车的安全使用，高压互锁就是其中关键的部分。本文以荣威E50的高压互锁维修案例为例，介绍高压互锁的组成和工作原理，分析荣威E50高压互锁电路并给出故障诊断的思路和方法。

1 故障案例

一辆2012年的荣威E50纯电动汽车，在正常行驶中突遇剧烈颠簸后动力不足，无法加速并亮故障灯，靠边停车后熄火再启动，高压无法上电。拖进4S店，接荣威专用诊断仪显示动力电池 （BMS）有故障，读取故障码为高压互锁A低压线路高。初步判断是由于高压互锁故障引起车辆高压无法上电。

2 高压互锁

2.1 定义

高压互锁 （HVIL，High Voltage Interlock Loop）装置指通过使用电气信号，来检查整个高压产品、导线、插接器及护盖的电气完整性和连续性，当识别到回路异常断开时，车辆可以及时断开高压电以保护驾乘人员和维修人员安全的装置。在国际标准ISO 6469.3-2011《电动道路车辆 安全规范第3部分：人身防电击保护》中，规定车上的高压部件应具有高压互锁装置。

2.2 作用

1）确保整车在高压上电前整个高压系统的完整性，使高压处于一个封闭的环境下工作，提高安全性。

2）当整车在停止状态时，高压互锁识别到危险，除了故障报警外，还通过控制系统切断高压源，避免可能发生的高压危险，确保财产和人身安全。

3）当整车在行驶状态时，高压互锁识别到危险，除了故障报警外，不能马上切断高压源，通过控制系统降低电机的运行功率，使整车在小负荷下运行，尽量降低高压危险的可能性，同时也允许驾驶员将车辆停到安全地方。

4）防止带电插拔高压连接器给高压连接端子造成拉弧损坏，甚至造成人员伤害。

2.3 分类

1）环路互锁。环路互锁是通过发送一个低压信号来检测首尾相连的电气回路的连续性和完整性，以监测高压系统可能存在的安全隐患，比如插拔互锁、开盖互锁。

2）功能互锁。功能互锁是一些有特定防护功能的高压安全防护电路，比如碰撞保护、充电保护。

2.4 工作原理

1）插拔互锁。为了监测高压电路中插接件连接的完整性、可靠性，采用低压导线作为信号线与高压电路并排在高压线束护套管内，并分别与高压连接器连接确认插脚连接，将所有的高压部件串接起来组成回路。由于高压插头中高压电的正负极端子的长度比中间互锁端子的长度长，当要连接高压插头时，高压正负端子先于中间互锁端子连接；当要断开高压插头时，中间互锁端子先于高压正负端子脱开，这样的设计就避免了高压拉弧的产生。

2）开盖互锁。高压互锁回路内还包括用于监测高压部件盖板是否可靠关闭的行程开关 （开盖保护开关）。信号线将所有高压器件上的监测点全部串联起来，组成一条监测信号回路，即互锁信号回路。高压回路内某一个部位没有连接好，互锁信号没有送入整车控制器内，整车控制器断开动力电池对外的供电，以保护人员的安全。

3）碰撞保护。高压互锁回路中还可以包括车辆碰撞信号。当整车发生碰撞时，碰撞传感器发出信号，触发断电信号，整车控制器使高压电源在毫秒级时间内断开，并利用高压系统余电放电电路将汽车高压部件电容端的电压在很短时间内放掉，避免火灾或漏电事故引起的人员触电事故的发生，以保障用户的安全。

3 荣威E50高压互锁的电路分析

3.1 功能互锁

1）碰撞保护。如图1所示，惯性开关位于前排乘客侧手套箱右后方，固定在右侧A柱上。当车辆发生碰撞，加速度达到一定数值时，惯性开关断开，高压电池包ESS的低压插接头BY113的8号脚检测不到从常火线30经过惯性开关过来的12V电压信号，车辆自动切断高压供电系统。惯性开关顶面设一个重置按钮。图2为惯性开关相关电路，电路走向：常火线30→EF7→IF5→惯性开关→高压电池包ESS的低压插接头BY113的8号脚。

图1 惯性开关位置

图2 惯性开关电路

2）充电保护。荣威E50的充电回路也有保护，图3为充电保护电路，高压电池包ESS的低压插接头BY115的7号脚是源路，6号脚是回路，该回路确保快充、慢充时高压电池包ESS的低压插头BY115插头不松落，以保护充电时控制电路的可靠性。

图3 充电保护电路

3.2 环路互锁

1）高压电池包ESS。图4为高压电池包的实物图，图5为高压电池包的示意图。图5中2号是低压插接件BY113。高压电池包ESS的低压插接件BY113的9号脚是环路互锁线路的源路，提供12V电源，6号脚是环路互锁线路的回路，提供一个占空比为50%的信号。图6为BY113的6号脚上测得的信号波形。

图4 高压电池包的实物图

图5 高压电池包的示意图

图6 信号波形

2）高压配电单元PDU、电空调压缩机。PDU-1为开盖互锁，如图7所示。PDU-2为插拔互锁，如图8所示。电路图见图2，信号走向：高压电池包ESS的插接件BY113的9号脚→开盖互锁PDU-1→插拔互锁PDU-2→电空调压缩机的插接件BY010的6号脚。

图7 PDU-1开盖互锁

图8 PDU-2插拔互锁

3）电力电子箱PEB、驱动电机、PTC控制器。图9为电路图。信号走向：电空调压缩机的插接件BY010的7号脚→电力电子箱PEB的插接件BY015的53号脚→电力电子箱PEB的插接件BY015的56号脚→驱动电机的插接件BY018的3号脚→驱动电机的插接件BY018的4号脚→PTC控制器的插接件BY997的1号脚。

图9 电路图

4）图10为完整的环路互锁回路示意图。信号走向：高压电池包ESS的插接件BY113的9号脚→开盖互锁PDU-1→插拔互锁PDU-2→电空调压缩机的插接件BY010的6号脚→电空调压缩机的插接件BY010的7号脚→电力电子箱PEB的插接件BY015的53号脚→电力电子箱PEB的插接件BY015的56号脚→驱动电机的插接件BY018的3号脚→驱动电机的插接件BY018的4号脚→PTC控制器的插接件BY997的1号脚→PTC控制器的插接件BY997的2号脚→高压电池包ESS的插接件BY113的6号脚。

图10 完整的环路互锁回路示意图

4 故障检测与诊断

4.1 维修前准备工作

电动汽车作业时，安全防护是至关重要的，300～500V的电足以使人致命。一定要做好维修前场地、工位、车辆、设备、人员等的相关准备工作，严格按国家相关的新能源汽车维修技术规范来操作。

4.2 断开高压电

先断开蓄电池负极，再断开手动维修开关，然后等待10min以上，等电路中容性设备充分放电，用万用表和绝缘表确认车辆下电成功，除高压电池外其余高压设备和线路都不带电。

4.3 故障检测

1）电阻法：用万用表电阻挡逐段检测环路互锁回路中的各段信号电路的电阻，电阻应小于1Ω。由于电力电子箱的BY015在前舱比较容易操作的地方，可以通过二分法先判断出是前段还是后段的故障。即通过检测电力电子箱BY015的53号脚到高压电池包BY113的9号脚的电阻和电力电子箱BY015的56号脚到高压电池包BY113的6号脚的电阻来判断故障在哪一段。

2）电压法：接上蓄电池负极，接通点火开关，此时低压上电，高压无法上电，故障灯亮，READY灯不亮，车辆无法行驶，用万用表直流电压挡逐点检测环路互锁回路中各点的电压，电压为12V，说明该点与高压电池包ESS的插接件BY113的9号脚之间的电路是通的；电压为0V，说明该点与前一个检测点之间的电路开路。

3）检测结果：电力电子箱BY015的53号脚到高压电池包BY113的9号脚不通，再检测高压配电单元PDU的开盖互锁和插拔互锁，结果发现左侧的插拔互锁有稍许的松动。

4.4 故障诊断

诊断的结果是由于未知的原因造成了高压配电单元PDU左侧的插拔互锁没有完全扣紧，在车辆行驶中累积的颠簸使得插头有稍许的松动，触发了高压互锁回路的报警，发生了上述故障。扣紧插头后上电，故障排除。

5 结语

通过荣威E50高压互锁的维修案例，介绍了高压互锁的定义、作用、分类和工作原理，具体分析了荣威E50环路互锁电路的信号走向并画出环路互锁的回路示意图，给出了荣威E50环路互锁故障诊断的思路和方法，对于电动汽车高压互锁的故障诊断与维修有一定的借鉴意义。