某混动车型高压互锁故障的分析与研究.pdf

2023.06 Automobile Parts074检测与维修Testing&Servicing收稿日期:2022-09-13作者简介:李新(1990),男,本科,工程师,主要从事汽车动力总成集成工作。E-mail:。DOI:10.19466/ki.1674-1986.2023.06.015某混动车型高压互锁故障的分析与研究李新,李丹,莫明丽,全兴隆,尹继江,李强宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司,浙江宁波 315336摘要:相对传统燃油汽车,混动及纯电动新能源汽车配备高压系统,高压安全是混动及纯电动新能源汽车的重要法规要求,高压互锁回路作为高压安全的一种常用设计,确保了高压系统的安全性和稳定性。针对某混动车型的高压互锁故障,介绍高压互锁原理、诊断机制、故障分析方法,并提出设计优化建议,为后续新能源汽车高压安全性及可靠性提供一种优化方向。关键词:混动;高压安全;高压互锁;诊断机制中图分类号:U469.7Analysis and Research on High Voltage Inter-lock Fault of a Hybrid VehicleLI Xin,LI Dan,MO Mingli,QUAN Xinglong,YIN Jijiang,LI Qiang Ningbo Geely Royal Engine Components Co.,Ltd.,Ningbo Zhejiang 315336,ChinaAbstract:Compared with traditional fuel vehicles,hybrid and pure electric new energy vehicles are equipped with high voltage systems.High voltage safety is an important legal requirement of hybrid and pure electric new energy vehicles.As a common design of high voltage safety,the high voltage inter-lock circuit ensures the safety and stability of the high voltage system.The principle,diagnosis mechanism and fault analysis method of high voltage inter-lock were introduced for a hybrid model,and suggestions for design optimization were put forward.It provides an optimization direction for the follow-up high voltage safety and reliability of new energy vehicles.Keywords:hybird;high voltage safety;high voltage inter-lock(HVIL);diagnosis mechanism0 引言相对于传统燃油车,混动及纯电动等新能源汽车均配备高压系统,包含发电机、电动机、动力电池、电加热器、电动压缩机等高压零部件。高压安全是混动及纯电动新能源汽车的重要法规要求,根据国际标准 ISO 6469-32011 电动道路车辆安全规范第 3 部分:人身防电击保护 中规定,电动车辆上的高压部件应具备高压互锁装置1。本文对某混动车型高压互锁系统进行分析,并提出优化建议。1 高压互锁系统本文以某混动车型为例,详细介绍了高压互锁定义、高压互锁系统的结构及原理及高压互锁的诊断机制,并阐述了高压互锁故障的分析方式和故障分类。1.1 高压互锁定义高压互锁(high voltage inter-lock,HVIL),即高压互锁回路,通过低压电器信号检查整个高压系统的完整性及连续性2。国家相关标准 GB/T 18384.120153、GB/T 18384.220154、GB/T 18384.32015 电动汽车安全要求5等相关法规中关于互锁也提出要求:高压连接器非人为自行断开都不应导致车辆产生危险。1.2 高压互锁结构某混动车型高压零部件主要包括动力电池、变速器(集成两个电机及逆变器)、空调压缩机、高压模块,动力电池控制器是 BMS,变速器控制器是 TCM,空调压缩机控制器是 ACCM,高压模块控制器是 DCDC,高压互锁回路示意如图 1 所示。图中通过 3 条高压线束及 6 对高压插接件将所有高压零部件连接在一起。图 1 高压互锁回路示意Automobile Parts 2023.06075Analysis and Research on High Voltage Inter-lock Fault of a Hybrid Vehicle某混动车型高压互锁故障的分析与研究高压零部件工作时使用的是高压电,即动力电池输出的电,但是高压零部件控制器的控制电路,使用的还是低压电。高压互锁低压回路如图 2 所示,其中包含 3段低压线束,即高压电池包线束、发动机舱线束和发动机线束;7 对低压插接件,即 4 对高压零部件上的插接件、2 对对插插件和 1 个高压互锁开关。图 2 高压互锁低压回路高压互锁回路由 5 对高压插接件和 7 对低压插接件共同组成,再由低压线束将整个回路串联起来,形成一个闭环的回路。高压互锁回路分为两路,分别为内部互锁回路(HVIL1)和外部互锁回路(HVIL2)。内部互锁回路监测动力电池内部的互锁回路完整性,外部互锁回路监测除电池外,其余高压零部件的高压插接件连接状态和互锁回路完整性,本文重点分析外部互锁回路。1.3 高压互锁原理各高压零部件内部设计有单独高压互锁回路,高压插接件控制器内部设计有低压互锁回路,高压插接件内部采用 U 型低压回路设计。当高压插接件连接完好时,各高压零部件自己的互锁回路就是完整导通的,如图 3所示。然后通过低压线束及低压插接件,组成一个完整的闭合回路。图 3 高压零部件内部互锁回路基于高压安全需求,新能源汽车在上电过程中,需要进行一系列自检,高压互锁回路检测是其中最重要的一项。只有当互锁回路形成了一个完整的闭环,BMS 认为车辆的高压部件状态正常,才允许接通高压电源6。当检测到互锁回路异常时,证明某高压零部件内部或插接件连接异常,或者高压零部件保护盖存在异常开盖情况,BMS 就会在保证驾驶安全的情况下,进行相关后处理措施。1.4 高压互锁诊断逻辑高压互锁检测电路设计原理如图 4 所示,高压互锁检测回路采用直流源方案,在动力电池内部设计一个恒流源,由电池控制器 BMS 控制。恒流源具有精度高、抗干扰能力强的优点,分流前其稳定输出电流为(12.52.5)mA。通过确定不同监测点的电流差值,可判定互锁回路是否异常。图 4 高压互锁检测电路设计原理由图 4 可知,恒流源持续发 12.5 mA 的电流,电流经过整个回路分流,分流的 I3经过 HVIL 监控回路和 I2合流成 I1,通过检测 I2和 I1的 值来判定 HVIL 回路是否开路,根据 值的不同,报相应的故障码。当 I3=I1-I24 mA 时,则判定 HVIL 回路闭合;当 I3=I1-I24 mA时,则判定 HVIL 回路断开。具体故障码如下:P000010为高压互锁回路开路故障,P000020 为高压互锁回路对地短路,P000030 为高压互锁回路对电源短路。根据不同的故障码,具体排查。采用 127 级制报码逻辑,监测点 1 和 2 每 10 ms 检测一次,并计算差值,如果差值小于 4 mA 则 MCU 走 6级台阶,连续 22 次差值小于 4 mA 达到 127 级台阶(即220 ms 以内),即置故障码 P000010。如果第 n 次(1n21)差值大于 4 mA,则退 2 级台阶,一定是累加达到 127 级台阶才会报码,如果下一次又退 2 级台阶,则DTC 会变成历史,BMS 解除限制。对 I1 的电流值定义范围为 1.843 mA,当 I1的电流值监测大于 43 mA 时,则认为 HVIL 回路短接电源,置 P000030;当 I1的电流值监测小于 1.8 mA 时,则认为 HVIL 回路短接地,置P000020。本文 重 点 分 析 互 锁 回 路 开 路 故 障 问 题,即 P000010。2023.06 Automobile Parts076检测与维修Testing&Servicing2 高压互锁开路故障分析某混动车型在研发阶段及上市初期,频发无法上电启动的故障,仪表提示系统故障,系统故障灯点亮,使用诊断仪读取故障码,显示为 P000010。表明高压互锁开路出现故障,但无法明确具体零部件及互锁回路。2.1 排查步骤当车辆出现高压互锁开路故障,全车断电 3 min 后,首先检查高压维修开关(车辆维修时需断开)是否处于闭合状态。如高压维修开关处于闭合状态(图 2),断开对插插件 1,因动力电池内部有恒流源,在车辆未上电的状态下,互锁回路是不通的,因此需要将对插插件 1的公端 pin3 和 pin4 短接。万用表调至“欧姆”档,使用万用表测量对插插件1 的母端 pin3 和 pin4 是否导通。如果导通,说明外部整体电路(除高压电池外)高压互锁没有开路,故障锁定到对插插件 1;如果不导通,则说明外部高压互锁电路有开路,排除对插插件 1,需继续排查。继续保持对插插件 1 的公端 pin3 和 pin4 短接,测量环路中下一个零部件,直到出现导通时,说明上一次测量高压互锁电路开路,测量状态如图 5 所示。图 5 测量状态2.2 故障类型高压互锁开路故障,常见失效点包括插接件 pin 角退针、端子接触不良、线束断路、插接件 pin 角定义错误等,下面将对某车型的高压互锁故障失效模式进行深入分析。2.2.1 变速器高压插接件端子退针变速器控制器 TCM 高压插接件内部互锁端子退针,因互锁端子弹片未弹起,导致端子退针,造成插接件公端和母端端子无法结合,造成高压互锁开路故障,如图6 所示。图 6 变速器高压插接件端子退针2.2.2 空调压缩机内部互锁插件松脱空调压缩机控制器内部互锁插件松脱,因供应商装配时对接不良,端子被顶出护套,端子插接变形退出孔位,造成高压互锁开路故障,如图 7 所示。图 7 空调压缩机内部互锁插件松脱2.2.3 对插插件 2 端子歪斜对插插件 2 端子(公端)歪斜,因装配时插接件未完全对正,工人直接用力装配,导致端子歪斜,造成高压互锁开路故障,如图 8 所示。图 8 对插插件 2 端子歪斜2.2.4 变速器高压插接件互锁端子接触不良变速器高压插接件互锁端子接触不良,因高压插接件内互锁端子的公端和母端的有效配合长度设计过短,Automobile Parts 2023.06077导致在极限情况下公端和母端无法接触,造成高压互锁开路故障,如图 9 所示。图 9 变速器高压插接件互锁端子接触不良3 优化建议结合某车型高压互锁开路故障排查过程及失效类型,给出以下三点优化建议:严格控制供应商零部件质量,并规范安装工艺,增加过程管控和品质管控能力。尽可能减少高压互锁回路上面的插接件数量,避免问题发生的概率。可以分段增加监控点,对整个高压系统进行分段检测,提高问题排查的效率。4 结束语本文以某混动车型为例,系统介绍了高压互锁的概念和原理,总结了高压互锁开路故障的排查步骤和具体失效形式,并提出了合理的优化建议,希望可以对后续新能源汽车高压安全性及可靠性提供一种优化方向。参考文献:1 孙李璠,周莉博.纯电动汽车高压互锁方案设计J.汽车电器,2016(12):4-6.SUN L F,ZHOU L B.Electric vehicle high voltage interlock designJ.Auto electric parts,2016(12):4-6.2 李玮,王晶.纯电动汽车高压互锁检测电路及故障机制J.北京汽车,2020(4):1-4.LI W,WANG J.A pure electric vehicle high-voltage interlock detec-tion circuit and failure mechanismJ.Beijing automotive engineer-ing,2020(4):1-4.3 全国汽车标准化技术委员会.电动汽车 安全要求 第 1 部分:车载可充电储能系统(REESS):GB/T 18384.12015S.北京:中国标准出版社,2015.4 全国汽车标准化技术委员会.电动汽车 安全要求 第 2 部分:操作安全和故障防护:GB/T 18384.22015S.北京:中国标准出版社,2015.5 全国汽车标准化技术委员会.电动汽车 安全要求 第 3 部分:人员触电防护:GB/T 18384.32015S.北京:中国标准出版社,2015.6 单黎婷,胡立芳,陆敏,等.新能源汽车高压线束高压互锁原理和应用浅析J.汽车电器,2019(2):8-10.SHAN L T,HU L F,LU M,et al.New energy vehicle HV wire har-ness HVIL analysisJ.Auto electric parts,2019(2):8-10.汽车零部件 投稿要求 一、来稿要求1.来稿内容应突出市场信息分析的准确性和来源的可靠性,技术内容的先进性、新颖性、实用性。稿件的格式顺序:题目(中英文)、作者姓名(中英文)、工作单位(中英文)、摘要(中英文)、关键词(中英文)、正文部分、参考文献,并提供作者简介。2.文章行文表达要正确、通顺,引用数据和资料应可靠准确。3.文末请附上作者的通信地址、邮编和联系电话。4.插图应为计算机制图,做到布局合理、图形清晰、比例适中。5.参考文献在文中的标注要按照国家标准进行,著录项目要齐全。6.若来稿为国家自然科学基金等国家或部委的重点基金资助,或曾获得国家或部委的奖励,请在文后注明。二、投稿须知1.汽车零部件 只接受在线投稿方式,投稿网址:。投稿时请提供正确的邮箱、电话等。2.汽车零部件 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