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高压环路互锁系统原理分析及故障诊断.pdf

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高压环路互锁系统原理分析及故障诊断

摘要:随着我国汽车保有量持续攀升,不仅带来能源危机,同时也给环境

带来巨大伤害。纯电动汽车和混合动力汽车作为新能源汽车的两大主流,已经成

为我国实现碳中和的重要路径。与传统汽车相比,电动汽车的高压电系统是特有

的技术。其中高压环路互锁系统是电动汽车高压电气安全保护的一个重要组成系

统。

本文针对高压环路互锁系统涉及高压部件多且分布广,排查困难的特点。介

绍各高压部件的作用与功能,分析高压环路互锁系统的工作原理,并结合现场维

修实例梳理故障诊断方法。

关键词:

电动汽车高压环路互锁原理分析故障诊断

引言:

高压环路互锁系统,是指通过低压检测信号形成回路,用来实时监测高压模

块,导线,连接器所组成的高压网路的完整性及连续性。当互锁回路出现故障时,

系统将做出故障报警,切断高压电(车辆停驶时),限制功率运行(车辆行驶时)

等措施,保证车辆和人员的安全。高压环路互锁系统是确保人员安全和车辆安全

运行的关键。现行的国家标准《GB/T37133-2018:电动汽车高

压大电流线束和连接器技术要求》中,明确要求“高压系统连接时,功率端子先

接通,信号/控制端子后接通。高压系统断开时,信号/控制端子先断开,功率

端子后断开。”

一、电动汽车高压系统基础结构及各高压部件的功能介绍

1、高压系统基础结构。

目前,大部分电动汽车是在传统汽车基础上进行延伸形成,结构上与传统汽

车最大的区别在于高压动力系统。电动汽车上,整车带有高压电的部件有动力电

池、电机控制器、驱动电机、电动压缩机、高压线束等,组成了整车高压系统。

其中动力电池,驱动电机,高压控制系统为电动汽车的三大核心部件。

瑞虎8PLUS鲲鹏e+高压部件基础结构如图1所示

图1高压结构图

2、高压部件的功能简介

2.1整车控制器:一般安装于主副驾驶座椅下方,是整个电动汽车的控制中

心,能够识别驾驶员的驾驶意图,实现前进、倒退、再生制动及停车。动力模式

(EV/HEV)及驾驶模式(Normal/Sport)的控制与切换。具

备OBD故障诊断、CAN收发、掉电数据保存、车身及附件管控、热管理等多

种功能。车辆控制器作为整车的最顶层的控制单元,负责整车驾驶模式管理、动

总扭矩分配、发动机管理、离合器控制、制动能量回收、高压电池电量平衡控制,

DHT目标速比控制等。

2.2动力电池:为整车提供动力来源的电源。电池包内部的电池管理系统

(BMS)检测动力电池组中各单体电池的状态,确定整个电池系统的状态,并

做出相应的控制调整和策略实施,从而保证动力电池系统安全稳定运行。电池管

理系统具备过流保护、高压互锁检测、绝缘监控等功能。

2.3电机控制器:在EV模式下实现驱动电机加速和减速,并接收HCU指

令,控制电机正转和反转,实现车辆前进和后退。接受整车指令控制电机工作并

监控电机状态。具备高压环路互锁、安全保护接地等高压安全保护功能。

2.4充电机控制器总成:CDU总成是由车载充电机(OBC)、直流变换

器(DC/DC)和动力分配单元(PDU)组成的三合一式集成电源。主要功

能是实现由电网给整车动力电池及12V铅酸电池充电,并能实现对PTC及E

AC的供电分配。

2.5电动压缩机总成:电机为无刷直流电动机,自带控制器来控制无刷电机

的转速,是空调系统的重要组成部分。

2.6加热电芯(PTC):PTC位于辅助加热系统模块(HVH)中,受

同在HVH内部的电子模块(IGBT)控制。HVH具有安全监测的功能,当

环路互锁出现故障时,加热器立即关闭。

2.7高压线束:新能源汽车所使用的高压线束均为橙黄色,在线束插件内部

设置有两个明显短于高压接口的环路互锁端子,该设计的目的是实现低压互锁端

子先于高压接口断开、晚于高压接口对接,确保人员和车辆的安全用。如图2所

示。

图2高压插件图

二、高压环路互锁常见的两种方式及工作原理分析。

高压环路互锁系统是电动汽车高压安全措施重要的一个功能环节。在电动汽

车上,常见的高压环路互锁设计一般分为两种形式,一种是环形互锁回路,一种

是星形互锁回路。本章节将选取某公司所生产的电动车型,分别对两种回路方式

进行工作原理分析。

1、环形方式的高压互锁回路。

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