◆文/河北 马金刚
混合动力及电动汽车维修安全(上
)
①H V电缆(橙)；②电机-发电机 (M G)；③电动空调压缩机
(EAC)；④电力变频转换器 (EPIC)；⑤HV 蓄电池。
①HV蓄电池充电端口；②电动空调压缩机(EAC)；③HV电动辅
助加热器；④高压接线盒 (HVJB) ；⑤高压至低压直流-直流转
换器；⑥高压逆变器；⑦手动维修断开装置；⑧HV 蓄电池；⑨
高压充电器；⑩电机-发电机 (MG) ；11HV 电缆(橙)。
①高压充电器；②蓄电池管理系统；③HV电缆(橙) ；④组合
式高压逆变器和高压至低压直流-直流转换器；⑤高压电机；
⑥HV 蓄电池组；⑦HV 蓄电池充电端口；⑧高压电机。
图1 混合动力车辆HV部件
图2 插电式混合动力车辆HV部件
图3 纯电动车辆HV部件近几年，我国正在逐渐普及混合动力、纯电动汽车等新能源
汽车。混合动力或电动汽车均带有高压，虽然特约维修站的技术
人员有受到厂家的相关技术培训，但是除了特约维修站外，普通
的汽车修理厂技师人员也在维修这些车辆，因此，如何保证维修
安全显得尤为重要。本文将以国外某知名车企为例，从车辆高压
系统部件、高压安全与健康、安全维修制度与流程等三个方面讲
解如何保证电动车辆维修安全。
一、车辆高压系统
1.高压部件
带有高压(HV)电的汽车可分为混合动力汽车(HEV)、插电式
混合动力汽车(PHEV)和纯电动汽车(BEV)三种类型。混合动力
车辆高压部件的位置如图1所示，插电式混合动力车辆高压部件
的位置如图2所示，纯电动车辆高压部件的位置如图3所示。因目
前市面上，插电式混合动力车辆居多，后续部件介绍以插电式混
合动力汽车为主。
2.高压电缆
为了便于识别，所有承载高压系统电缆的颜均为橙。一
般说来，当高压系统处于激活状态时，请勿触摸任何高压部件或橙
电缆。每根电缆均由1个机械锁定装置进行固定，因此在安装电
缆时要确保电缆已完全固定，还要保证只将正确的电缆安装到其相
应的插座上。接头被密封，电缆被隔离，以防止异物或水的进入。
3. 插电式混合动力高压(HV)蓄电池
高压(HV)蓄电池的作用是存储电能以供高压系统使用。插电
式混合动力高压(HV)蓄电池标称电压通常是388V。高压蓄电池
是锂离子蓄电池，其主要部件为正电极、负电极和电解液。负电
极通常由碳制成，正电极是镍、钴和铝的多层结构。每种材料都
允许锂离子在正负电极之间迁移。这些材料的组合用于提供满足
EV在功率容量和安全方面的作用的蓄电池特性。电解液包括含有
锂离子的有机碳酸盐混合物。由于锂能够与水进行剧烈反应，所
以蓄电池壳体密封处理以防止进水。
4.充电插座
插电式混合动力和纯电动车辆均采用一个或两个(一个交流
AC，一个直流DC)充电插座。通过充电插座，车辆可以连接至市
电电源来为高压蓄电池充电。充电插座和充电电缆随市场的不同
而异。车企提供了适用于不同充电策略(交流、直流、家用)的不
同充电电缆。充电插座采用了发光二极管(LED) 和指示灯来告知
用户当前充电状态。
5.蓄电池充电器控制模块(BCCM)
蓄电池充电器控制模块(BCCM)负责确保在车辆连接至市电
电源时，高压蓄电池能够进行充电。蓄电池充电器控制模块会将
输入的电力转换为对高压蓄电池充电所需的直流(DC)电压。
①HV蓄电池；②电力变频转换器 (EPIC)；③电机-发电机(MG) ；
④高压接线盒(HVJB)；⑤直流-直流转换器(高压至低压)；⑥AC 压缩机；⑦HV电动辅助加热器；⑧蓄电池充电器控制模块 (BCCM)；⑨充电插座；⑩保险丝；A-HV直流(DC)正极；B-H直流(DC)负极；C- HV交流(AC)；D-屏蔽(SCR)。
6.直流-直流(DC/DC) 转换器
直流-直流(DC/DC)转换器利用来自高压蓄电池的电力，将
高压转换为12V电源电压，为12V系统供电并为12V低压蓄电池充电。注意：某些混合动力汽车车辆上的直流-直流转换器集成在电力变频转换器(EPIC) 内。
7.电力变频转换器(EPIC)
电力变频转换器(EPIC)用于在电机和发电机之间切换电机发电机(MG) 的工作状态。例如，将高压电池高压直流电转换为电机发电机(MG)使用的交流电，以驱动电机；将电机发电机(MG)产生的交流电转换为高压直流电为高压电池充电。该总成包含一个控制单元，该单元监测电力变频转换器(EPIC)的工作状态并调节三相交流(AC)输出以驱动MG。
电力变频转换器带有三根连接至电机发电机(MG)的HV电缆。这三根电缆均承载交流(AC)电流，这些电流以三个单独的相位(三相)的方式流至电机发电机(MG)。
8.混合动力电机发电机(MG)
当车辆处于混合动力或EV模式时，电机发电机(MG)为车辆提供推进力，并接收来自电力变频转换器(EPIC)的高压三相交流(AC)电源。混合动力电机发电机(MG)也可以作为发电机工作，在车辆超速情形下或内燃发动机运转时为高压蓄电池充电。这种充电状况称为再生制动。
9.BEV 电机发电机(MG)
BEV 电机发电机(MG)接收来自电力变频转换器(EPIC)的高压三相交流(AC)电源，为车辆提供推进力。BEV 电机发电机(MG)也可以作为发电机工作，在车辆超速情形下或制动时为HV 蓄电池充电。即再生制动。
10.电动空调(eAC)压缩机
电动空调(eAC)压缩机是电机操纵，使AC系统能够在不启动发动机的情况下泵送制冷剂，从而保持座舱温度以便为乘客提供持续的舒适度设置。电动空调(eAC)也对高压蓄电池冷却回路进行温度调节。
11.高压冷却液加热器(HVCH)
处于EV模式时，车辆需要使用高压冷却液加热器(HVCH)来为座舱提供热量，高压冷却液加热器(HVCH)由高压电路进行供电。该装置集成在发动机冷却回路中。
12.高压接线盒(HVJB)
高压接线盒(HVJB)接收来自高压蓄电池的电源，并将电力分配给高压部件，例如，包括eAC压缩机、直流-直流转换器、AC加热器等。当车辆连接至电网供电进行充电时，高压接线盒(HVJB)还会接收来自蓄电池充电器控制模块(BCCM)的电源。高压接线盒(HVJB)内含有高压系统保险丝。注意：并非所有EV车型都配备此部件。
13.手动维修断开高压隔离装置
一些车辆采用了手动维修断开(高压断开隔离装置)，作为高压断电程序的一部分，可以拆卸该部件，以断开高压供电连接。手动维修断开装置含有一个大电流保险丝以防发生短路故障，在拆卸该装置后，它将会隔离高压蓄电池处的HV 电路。手动维修断开装置由一个低压电流感测HVIL(高压互锁)电路进行监测。注意：务必参考维修手册以了解正确的手动维修断开装置接头拆卸程序。
14.高压(HV)电路
高压(HV)电路部件基本电路图如图4所示。在汽车领域，高压电路归类为标称工作电压为50V以上的直流(DC)或交流(AC)电路。电动车(EV)上使用的高压电路的连接方式与传统低压12V电路不同，详见后述。在对高压系统执行工作时，必须要格外小心。
图4 高压(HV)电路部件基本电路
高压电路结构由I和M两个字母识别，字母I用于识别电源是否与接地点直接相连，字母M用于识别耗电元件是否直接连接到接地点，即I为未直接连接到地面(与地面绝缘)，T为直接连接到地面，而N为在电源处直接连接到地线，零线连接至地面。所以，高压网络共有三种配置，即TN、TT或IT。从高压的安全性的容错考虑，高压混合动力车辆一般采用IT结构，即I为高压电源(无论是正还是负)与车体绝缘；T为耗电元件直接连接到车体。网络结构示意图如图5所示。
由以上介绍可知，出于安全考虑，高压电路未使用典12V电路中使用的接地回路连接，高压回路低压侧与车身/底盘隔离。这是因为如高压电路使用了车身，则将会存在发生电击的高风险。高压部件外壳连接至车身/底盘，这样设计是为了在高压系统中发生电气故障时保证安全。等电位连接系统将耗电元件壳体连接至车身。每个高压部件都是等电位连接系统的组成部分，其连接是直接通过带状搭铁线实现或经由自身壳体固定连接实现的。例
①HV蓄电池；②电力变频转换器(EPIC)；③电动空调压缩机。
①HV 蓄电池和模块；②HV蓄电池接头；③电动空调(A/C)压缩机；④高压冷却液加热器 (HVCH)；⑤蓄电池充电器控制模块(BCCM)；⑥直流-直流转换器；⑦约束控制模块(RCM)；⑧电流感测；⑨高压接头；⑩高压接线盒(HVJB)；11 碰撞检测信号；12电阻器。
图6 高压互锁(HVIL)
如，在一些车型上，电动空调压缩机直接连接至发动机，发动机
具有将其自身连接至车身/底盘的带状搭铁线。
图5 IT网络结构示意图
16.高压HV 系统故障
HV蓄电池由一体式蓄电池电量控制模块(BECM)进行管理，后者通过12V电气系统进行操作和通信。低压12V接触器可将高压蓄电池与高压系统隔开。电量控制模块(BECM)提供控制电子设备来关闭或打开接触器，以便连接或断开高压蓄电池与高压系统之间的连接。该接触器对系统的安全操作发挥着重要作用，因此其活动会受到密切监测。任何接触器激活前，电量控制模块(BECM)都会遵照严格的安全流程。打开点火开关后，电量控制模块(BECM)将会进行多项安全检查，然后才会激活接触器。关闭点火开关后，接触器将会打开，任何高压电缆上都不应该存在任何高压。高压HV及内部接触器如图7所示。
①HV蓄电池；②手动维修断开装置；③接触器(BECM)；④至EPIC/电
汽车仪表盘图标机-发电机；(MG) 的高压输出；⑤辅助高压输出。
图7 高压HV及内部接触器
如果电量控制模块(BECM)检测到蓄电池管理系统出现任何问题，则将会记录相应的故障诊断码(DTC)，仪表盘(IC)上将会
显示警告图标。故障代码类别列于表1。
表1 故障码类别
(1)非严重故障
仪表盘(IC)显示1个琥珀三角警示牌，并附有相应的文本信息，以告知驾驶员在当前车辆状况下HV 系统不可用。如果车辆状况发生改变，指示灯将会熄灭，高压系统将变为可用。如果指示灯一直亮着，驾驶员仍可驾驶车辆，但可以选择参阅车主手册和/或安排故障维修。呈现这种问题的车辆状况示例为：当高压
蓄电池温度过低时。(2)严重故障
仪表盘(IC)显示1个红三角警示牌，并附有相应的文本信
15.高压互锁(HVIL)
高压互锁回路是一个安全系统，用于防止高压电缆在因为任何原因断开时带电。高压互锁回路由蓄电池电量控制模块(BECM)进行控制。高压互锁电路如图6所示。高压互锁环路电路集成在HV部件接头电路中。该环路电路用于监测HV部件连接，这些线束连接与其对应的部件牢固相连。每个环路都有一个12V，10mA传感器电路，该电路由电量控制模块进行监测。如果任何环路发生断路，则电量控制模块将会报告高压互锁故障。以插电式混合动力汽车为例，如果发生故障，则电量控制模块会将高压互锁环路状态发送至动力传动系统控制模块(PCM)。动力传动系统控制模块(PCM)将会请求电量控制模块打开高
压蓄电池接触器(取决于下面所述的车辆工作状态)，从高压电路上断开和隔离高压蓄电池，并让高压电路电容器进行放电。如果在车辆待机状态下发生故障，则HVB接触器将保持打开。如果在运行状态下发生故障，则接触器将会在车辆静止时打开。
电量控制模块(BECM)利用两个独立的高压互锁电路，如果任何一个电路中发生故障，可以确定需要对哪个接头进行故障分析(DTC故障代码不同)。如果车辆发生事故，则约束控制模块(RCM)将会向电量控制模块(BECM)发送“碰撞信号”。在收到约束控制模块(RCM)信号后，电量控制模块(BECM)将会打开高压蓄电池接触器。
①高压正极；②高压负极；③用电设备壳体；④等电位连接。
①高压正极；②高压负极；③用电设备壳体；④等电位连接。
①高压正极；②高压负极；③用电设备壳体；④等电位连接。
（未完待续）
息，以告知驾驶员高压系统不可用。相关故障将是永久性的，无
法自行修复。只有纠正车辆的故障，高压系统才能正常工作。呈
现这种故障的车辆状况示例为：高压电缆连接不牢固(高压互锁电路打开)。
(3)检测到接触器粘连
如果电量控制模块(BECM)确认接触器在被指令打开时未打开，则仪表盘上将显示。如果接触器粘连在关闭位置，则HV电缆可能保持带电状态，在这种情况下，必须将车辆隔离，严禁尝试执行HV系统断电程序。务必确保查阅认可的《车间维修手册》程序，并遵循其中的建议。
二、电气架构的电气故障
1.故障1
如图8所示，如果高压带电侧因故障与用电器壳体相连，人是否会中电？答案是：否。在IT网络中，带电线路和中性线与接地线路绝缘，而耗电设备壳体被单独接地。尽管带电导体已与金属壳体相连接，电流
构不成回路，无电流通过。HV电路将保持完好状态，并且仍然能够工作，并且无触电的风险。可见，此系统具有容错并且非常安全的配置。但是，故障发生后，系统架构已发生变化，虽然系统仍然将保持完好且可运行的状态，电路的安全系数将会降低。为了克服这个问题，车辆使用了一个绝缘监测装置，用于在出现这种情况后提醒用户，此时用户需要寻求技术帮助来检查系统，必要时进行维修。
图8 电气故障1
2.故障2
如图9所示，如果高压带电侧因故障与用电器1壳体相连，高压中性侧因故障与用电器2壳体相连，等电位连接线连接良好，接触的人是否会触电？答案是：否。电流将会流过等电位连接线并造成短路，从而导致HV 系统中的保险丝熔断和失效。
图9 电气故障2
3.故障3
如图10所示，在故障2的基础上，如果两个用电器的等电位连接线都断开，与两个耗电设备壳体接触的人是否会触电？答案是：是。与两个耗电元件壳体接触的人员将会遭受电击，因为他们提供了从电源至负极的导电路径。电流将会继续流过该人员的身体。
图10 电气故障3
综上，高压系统的所有电气部件都有一个接至车辆底盘的电气接地连接。这将确保不会因为高压部件和金属底盘部件之间的
压差产生电击。具有单独的电气接地的高压部件包括：高压蓄电池、电力变频转换器(EPIC)、直流-直流(DC/DC)转换器、蓄电池充电器控制模块(BCCM)、高压接线盒(HVJB)、高压冷却液加热器、电动空调(A/C)压缩机和混合动力驱动总成(包括电动发电机MG)使用发动机和变速器接地连接。