2020 款比亚迪秦EV 高压互锁结构原理及故障诊断*

汪 俊，温炜坚，王 飞，王文涛，姜春田

（广州城市职业学院 机电工程学院，广东 广州 510405）

2020款比亚迪秦EV通过高压互锁实时监测低压电路中标准方波信号来反映408V的高压电路高压连接器是否插接完好。当BMS（动力电池管理器）监测到低压电路中标准方波信号时，BMS判断为高压电路插接完好，BMS允许车辆上高压电，反之，BMS未监测到标准方波信号，BMS判断为高压电路未插接完好，BMS禁止车辆上高压电。

高压互锁的原理是将高压电路与低压电路耦合关联在一起，实现低压电路控制高压电路。但在实车上难以直观观察到高低压电路的耦合结构，造成了原理吃不透，进而故障检修走弯路。鉴于此，本文以2020款比亚迪秦EV汽车高压互锁为例，通过介绍结构和分析原理，并活用结构和原理，实施实车检修，希望能为高压互锁故障检修提供一定借鉴。

1 高压互锁结构和原理

高压互锁由408V高压电路和5V低压电路组成，其结构如图1所示。其中，高压电路包括动力电池包（内含控制器、接触器等）、正负极高压连接线、高压连接器（插拔方式连接和脱开）、高压连接口（螺栓螺母方式连接）、充配电总成、空调压缩机、PTC（空调加热器）、交流充电口、直流充电口；低压电路由高压互锁1低压电路和高压互锁2低压电路两部分组成，一般包括BMS，相关的低压连接器及线束，还有高压连接器内部低压插针插孔及连接线。

图1 高压互锁结构

高压电路与低压电路耦合线路示意如图2所示。图中，十字相交的线路不相连，红色连接器是高压连接器，黑色连接器是低压连接器，橙红色为高压正极线，黄色为高压负极线，绿色是高压互锁1低压电路，蓝色是高压互锁2低压电路。

图2 高压电路与低压电路耦合线路图

1.1 高压电路结构和高压分配途径

1.1.1 上电时，高压电分配途径

1）途径1，将直流高压电分配给电机控制器转换为三相交流高压电驱动电机：动力电池包→动力电池包高压连接器（位于车辆底部动力电池包上）内高压插针插孔→正负母线→正负母线高压连接口（位于充配电总成上）→充配电总成内部相关正负高压连接线→电机控制器高压连接器内高压插针插孔→电机控制器（与电机集成，位于充配电总成下方）→电机。

2）途径2，将高压电分配给PTC，给水加热实现空调供暖：动力电池包→动力电池包高压连接器内高压插针插孔→正负母线→正负母线高压连接口→充配电总成内部相关正负高压连接线，正极高压连接线经过30A空调熔断丝→PTC高压连接器（位于充配电总成上）内高压插针插孔→PTC高压连接口（PTC上）→PTC。

3）途径3，将高压电分配给空调压缩机，实现空调制冷：动力电池包→动力电池包高压连接器内高压插针插孔→正负母线→正负母线高压连接口→充配电总成内部相关正负高压连接线，正极高压连接线经过30A空调熔断丝→空调压缩机高压连接器（位于充配电总成上）内高压插针插孔→空调压缩机高压连接口（位于空调压缩机上）→空调压缩机。

4）途径4，将高压电分配给DC-DC转化为低压给蓄电池充电：动力电池包→动力电池包高压连接器内高压插针插孔→正负母线→正负母线高压连接口→充配电总成内部相关正负高压连接线→DC-DC→低压正极充电接口（位于充配电总成上，输出13.7V左右电压，与蓄电池正极连接，给其充电）。

1.1.2 慢充时，高压电分配途径

将220V交流高压电分配给OBC（车载充电器）转变为400V直流电给动力电池充电：交流充电枪→交流充电口（车辆右后侧）→交流充电正负高压线→交流充电高压连接器（位于充配电总成上）内高压插针插孔→充配电总成内部OBC→充配电总成内部正负高压连接线（不可见）→正负母线高压连接口→正负母线→动力电池包高压连接器内高压插针插孔→动力电池包。

1.1.3 快充时，高压电分配途径

将直流充电桩高压直流电直接传递给动力电池充电：直流充电枪→直流充电口（车辆中网附近）→直流充电正负高压线→直流充电正负高压接口→充配电总成内部相关正负高压连接线，正负高压连接线分别经过直流充电正极接触器和直流充电负极接触器→正负母线高压连接口→正负母线→动力电池包高压连接器内高压插针插孔→动力电池包。

1.2 高压互锁低压电路系统结构和原理

高压电路连接完好，是BMS判断上高压电的关键因素之一。根据结构分析可知，高压电路中高压连接器的虚接或松脱是导致高压电路未连接完好的主要原因，高压互锁通过低压电路能监测到高压连接器插接状况，低压电路能监测高压连接器插接状况的关键在于高压连接器内部结构，高压连接器的内部结构将高压电路和低压电路耦合关联在一起。

1.2.1 高压互锁2低压电路系统结构和原理

高压互锁1是驱动系统互锁，监控动力电池包高压连接器、PTC高压连接器、空调压缩机高压连接器、电机控制器高压连接器插接状况；高压互锁2是充电系统互锁，监控交流充电高压连接器插接状况。由于高压互锁2监控的高压连接器数量要比高压互锁1少，但原理是一样的，所以先以高压互锁2低压电路为例介绍高压互锁低压电路的结构和原理。

高压互锁2的高压电路是指交流慢充的高压电分配途径，高压互锁2中将高压电路与低压电路耦合在一起的关键是交流充电高压连接器的内部结构。

交流充电高压连接器如图3所示，其内部有一对高压插针插孔和一对低压接插针插孔，低压插针插孔串联在低压电路中，高压插针插孔连通高压电路，低压插针插孔（插针为U型，见图3b）分别在交流充电高压连接器插头和插座中，高压插针插孔分别在交流充电高压连接器插座和插头中。当交流充电高压连接器插好后（图3a），低压插针插孔和高压插针插孔同时导通，反之，当交流充电高压连接器断开时（图3b），低压插针插孔和高压插针插孔同时断开，因此，只需要监控低压插针插孔的导通状况，就能反映高压插针插孔的导通状况。因此，只要监控低压电路的导通状况，就能实现监控交流充电高压连接器插接状况的目的。下面将介绍BMS是如何监测低压电路导通状况的。

图3 交流充电高压连接器

高压互锁2低压电路从BMS开始，BMS产生标准方波信号（图4），该方波信号从BMS低压连接器BK45(B)-10脚输出，方波信号依据图2中绿色线中箭头方向传递，最终返回到BK45(B)-11脚。具体传输途径：BMS产生方波信号→BK45(B)-10脚→BK46-15脚（充配电总成低压连接器）→交流充电高压连接器内部低压插针插孔→BK46-14脚→BK45(B)-11脚。如果BMS能在BK45(B)-11脚上监测到图4所示的标准波形，说明低压电路是导通的，BMS判断交流高压连接器是插接完好，进而判断交流充电系统高压电路回路连接完好，此时BMS允许上高压电；反之，BK45(B)-11脚未监测到图4所示的标准波形，说明低压电路有故障，BMS最可能判定交流高压连接器插接故障，因此BMS判断充电系统高压电路未连接完好，此时BMS不允许上高压电，仪表显示动力系统故障警告灯亮、EV功能受限，同时BK45(B)-11输出5V的恒定电压，BMS记录相应的高压互锁2故障代码。

图4 BMS产生标准的方波信号

1.2.2 高压互锁1低压电路系统结构和原理

高压互锁1低压电路原理与高压互锁2一样，不同的是高压连接器的数量多了，高压互锁1中所有高压连接器低压插针插孔串联在低压电路中。

高压互锁1的低压电路为图2中蓝色线的电路部分，蓝色线上箭头流动方向就是信号传递的途径。从BMS开始，BMS产生标准方波信号（图4），该方波信号从BMS低压连接器BK45 (B) -4脚输出，最终返回到BMS低压连接器BK45 (B) -5脚。具体的传递途径是：BMS产生方波信号→BMS低压连接器BK45 (B) -4脚→BK51-30脚（动力电池包低压连接器，见图2）→动力电池包高压连接器内低压插针插孔→BK51-29脚→B74-12脚→PTC高压连接器中低压接插件→压缩机高压连接器中低压接插件→电机控制器高压连接器中低压接插件→B74-13脚→BK45 (B) -5脚。如果BMS能在BK45 (B) -5脚上监测到图4所示标准波形，说明低压电路是导通的，BMS判断所有高压连接器插接良好，进而判断高压互锁1高压电路连接完好，此时，BMS允许上高压电；反之，BK45 (B) -5脚未监测到图4所示标准波形，说明低压电路有故障，BMS最可能判断高压连接器中某一个或多个插接故障，因此BMS判断高压互锁1高压电路未连接完好，此时BMS不允许上高压电，仪表显示动力系统故障警告灯亮、EV功能受限，同时BK45 (B) -5输出5V的恒定电压，BMS记录相应的高压互锁1故障代码。

2 实车故障

2.1 故障现象

携带钥匙进入车内，踩下制动踏板，按下启动按钮，仪表点亮，仪表显示：动力系统故障警告灯亮，EV功能受限（图5），挂挡无动力输出。

图5 仪表故障现象

2.2 故障原因分析

仪表显示：动力系统故障警告灯点亮，EV功能受限，可推测上高压电未成功，是动力系统的故障。上高压电不成功，说明上高压电之前的工作过程有故障，可能原因较多，可考虑先读取动力系统故障码和数据流。

2.3 故障排除过程

2.3.1 通过解码器读取故障码

读取故障码：P1A6000高压互锁1故障，可知故障可能在高压互锁1的低压电路。依据高压互锁1原理可知，高压互锁1低压电路不导通会导致不上高压电及仪表显示上述故障现象，与故障现象吻合。

2.3.2 通过解码器读取数据流

进一步读取BMS的数据流，查看BMS中高压互锁数据流，如图6所示，高压互锁1锁止，高压互锁2未锁止。数据流高压互锁1锁止也说明高压互锁1的低压电路可能有故障，这也肯定了之前的推测。

图6 高压互锁1锁止数据流

2.3.3 检测高压互锁1的低压电路

1）基本检查：观察高压电路的外观情况，检查高压连接器是否松动，结果无异常。

2）拔下充配电总成低压连接器BK46，ON挡，用示波器检测BK46-12脚（线束侧）信号，结果同图4所示标准方波信号，正常，说明BK45（B）-4脚→BK46-12脚之间低压电路正常。可缩小故障为BK46-12脚之后的低压电路，可能的故障范围有：充配电总成局部（BK46-12→BK46-13脚之间线路）、BK46-13→BK45（B）-5脚之间线路、BMS局部（高压互锁1相关）。

3）继续用万用表测量BK46-13脚（线束侧）电压，结果为4.9V，异常。依据高压互锁原理，考虑到之前拔下的BK46或高压互锁1本身有故障，导致BMS在BK45（B）-5脚输出了5V电压，该电压通过BK45（B）-5脚传递到BK46-13脚，这说明BK46-13→BK45（B）-5脚之间线路、BMS局部（高压互锁1相关）是正常的。因此，故障可初步锁定在充配电总成局部BK46-12→BK46-13脚之间线路。

4）继续测量BK46-13→BK45（B）-5脚之间线路（充配电总成侧）电阻，结果为无穷大，异常，说明充配电总成内部低压电路断路。

5）做好相应防护后，打开充配电总成盖，拔下高压连接器，检查充配电总成内部低压电路。如图2所示，测量B74-12脚→PTC高压连接器低压右插孔之间电阻，结果为0Ω，正常；测量PTC高压连接器低压左插孔→空调压缩机高压连接器低压右插孔之间电阻，结果为0Ω，正常；测量空调压缩机高压连接器低压左插孔→电机控制器高压连接器低压左插孔之间电阻，结果为0Ω，正常；测量电机控制器高压连接器低压右插孔之间→B74-13脚之间电阻，结果为无穷大，异常。修复相应的低压电路，试车故障排除。

2.4 故障结论

本故障点是充配电总成内电机控制器高压连接器低压右插孔之间→B74-13脚之间低压电路断路，该断路导致从BK45（B）-5脚输出的标准方波信号无法传输到BK45（B）-4脚，BMS无法检测到标准方波信号，BMS判断为高压互锁1高压电路未插接完好，禁止上高压电，记录故障码P1A6000，同时通知仪表点亮动力系统故障警告灯、提示EV功能受限，并且在BK45（B）-5脚输出5V电压。

高压互锁中低压连接器和高压连接器的线束都采取了良好的密封保护，在不拔开连接器的情况下，没有检测位置，拔开连接器后，会导致低压电路断路，测量时必须考虑到该测量条件。另外，低压电路传递方波信号，故障时BK45（B）-5脚输出5V电压，所以检测低压电路是否导通时须优先考虑测量波形，其次是电压，最后是电阻。

3 结论

从结构原理的学习及故障检修中可知，掌握高压互锁结构和原理，活用结构原理进行故障的分析和排除，才可以更高效地解决相应的故障问题，希望能为高压互锁故障检修提供一些参考。