混合动力汽车结构原理与故障诊断项目二高压系统与安全操作

项目2混合动力汽车的高压系统与安全操作4课时4实训混合动力汽车的高压系统1混合动力汽车的安全措施2混合动力汽车高压系统的安全操作3目

录1.混合动力汽车的高压系统1.1混合动力汽车高压系统的组成常规混合动力汽车高压系统如图2-2所示，主要包括电机及控制器、动力蓄电池及管理系统、电动空调、DC/DC变换器、逆变器等。

图2-2

常规混合动力电动汽车高压系统1.1混合动力汽车高压系统的组成插电式混合动力电动汽车高压系统如图2-3所示，主要包括电机及控制器、动力蓄电池及管理系统、电动空调、DC/DC变换器、逆变器、车载充电机、充电口、高压配电箱等。有的混合动力汽车把高压配电箱用电力电子装置代替。

图2-3

插电式混合动力电动汽车高压系统1.1混合动力汽车高压系统的组成混合动力汽车在高压电气设备外壳体的醒目位置，如动力蓄电池系统、高压配电箱、驱动电机、充电机、DC/DC变换器等都设置高压警告标识，用于使用户接触时注意，防止高压触电。高压警告标识的底色为黄色，边框和箭头为黑色。当移开遮拦或外壳可以露出B级电压带电部分时，遮拦和外壳上也应有同样的符号清晰可见。高压系统中的电线与其他车载电网以及12V车载电气系统中的电线明显不同。由于高压系统的高电压、强电流，其电线的横截面与其他的相比要大许多，并且通过专用连接器连接。与12V车载电网不同，高压系统与车身之间没有电位差。高压系统的所有电缆均为橙色，以强调高压的危险性。在高压线路中，还采取了防止极性颠倒的保护措施。由于通过颜色或手动方式进行了标记，所以线路布设不会出现错误。图2-4所示为大众途锐混合动力汽车高压系统线路，它包括从高压蓄电池接至电力电子装置的两条高压电线、从电力电子装置接至电机的三条高压电线、从电力电子装置接至空调压缩机的一条高压电线。

图2-4大众途锐混合动力汽车高压系统线路1.1混合动力汽车高压系统的组成从高压蓄电池接至电力电子装置的线路如图2-5所示。在高压蓄电池和电力电子装置之间，通过两条橙色高压电缆交换电荷。这两条电缆均带电位，上有288V的直流电，为单极线路并带有屏蔽线。图中：a为电机；b为电动空调压缩机；c为电力电子装置；d为电气箱；e为高压蓄电池。

图2-5从高压蓄电池接至电力电子装置的线路1.1混合动力汽车高压系统的组成从电力电子装置接至电机的线路如图2-6所示。在电力电子装置中，高压蓄电池输出的288V直流电压被DC/AC变换器转换为三相交流电压，用以驱动电机。电机与电力电子装置之间通过三条较短的高压电缆连接。和其他线路一样，三相线路也通过颜色和手动方式进行标记，以免发生混淆。

图2-6从电力电子装置接至电机的线路1.1混合动力汽车高压系统的组成从电力电子装置接至空调压缩机的线路如图2-7所示。空调压缩机使空调系统也成为混合动力汽车高压系统的一部分。电动空调即使在发动机关闭时也能控制车内的温度。空调的运转状况取决于动力蓄电池的电量，如果高压蓄电池的电量进一步降低，则系统会自动起动发动机。空调压缩机与电力电子装置通过一条线路连接。因为通过颜色和手动方式对线路进行了标记，所以布设高压电线时不会发生混淆。这条双极线路带有屏蔽线以及安全线路。如果两个线路连接器中的一个断开，就相当于脱开了安全连接器，高压系统将断电。

图2-7从电力电子装置接至空调压缩机的线路1.2高压配电箱混合动力汽车高压配电箱又称为高压配电盒，是高压系统分配单元，主要用于完成动力蓄电池电能的输出和分配，实现对支路用电器的保护和切断，如图2-8所示。混合动力汽车具有高电压和大电流的特点，通常配备200V以上的高压系统，工作电流可达100A以上，可能危及人身安全和高压零部件的使用安全性。因此，在设计高压系统时，不仅要充分满足整车动力驱动要求，还要确保汽车运行安全、驾乘人员安全和汽车运行环境安全。

图2-8高压配电箱1.2高压配电箱混合动力汽车高压配电箱的功能是保障整车系统动力电能的传输，是动力蓄电池与各高压设备的电源和信号传递的桥梁，并随时检测整个高压系统的绝缘故障、断路故障、接地故障及高压故障等。混合动力汽车高压配电箱里面主要有高压继电器、高压连接器、高压线束和熔断器等。但并不是所有混合动力汽车都有高压配电箱，有的车型称为电力电子装置。混合动力汽车的结构各不相同，功能也各不相同，应根据具体车型具体分析。图2-9所示为大众途锐混合动力汽车电力电子装置，它位于驾驶员侧、在动力总成和轮罩之间。

图2-9大众途锐混合动力汽车的电力电子装置该电力电子装置包含各种高压组件和电力驱动组件，分别是电力电子装置控制单元、电力电子装置温度传感器、一台288V直流/12V直流转换器、用于电机的双向DC/AC转换器、高压分配器、2个用于连接来自动力蓄电池线路的高压电接口、3个用于连接至电机线路的高压电接口、1个用于连接至空调压缩机线路的高压电接口、12V车载电网低电压接口、集成安装于壳体内的冷却系统和配有安全连接器的安全线路。1.3电源变换器电源变换器是依靠功率半导体器件将一个电源变换成另一个电源的功率电子电路（电力电子电路）。通过脉冲宽度调制（PWM）技术控制功率半导体器件的导通和关闭时间，连续调节电源变换器输出的电压，可实现输入、输出电压之间的下降/上升或电气隔离。电源变换器可分为直流/直流（DirectCurrent/DirectCurrent，DC/DC）变换器、直流/交流（DirectCurrent/AlternatingCurrent，DC/AC）变换器和交流/直流（AlternatingCurrent/DirectCurrent，AC/DC）变换器。。

1.3电源变换器1.DC/DC变换器DC/DC变换器是在直流电路中将一个电压值的电能变换为另一个电压值的电能的装置。DC/DC变换器具有以下功能。①把直流输入电源变换成直流输出电源，向直流电源设备供电。②根据输入电压和负载的扰动调节直流输出电压。③调节直流电源的输出功率。④隔离输入电源和负载。⑤使电子电气系统满足电磁兼容性标准，增强抗干扰能力。图2-10所示为动力蓄电池的400V的高压直流电转化为12V低压直流电给低压蓄电池充电，并向12V低压用电系统供电。。

图2-10

400V高压直流电转化为12V低压直流电1.3电源变换器根据电路输入输出电压的大小关系，DC/DC变换器分为DC/DC降压变换器、DC/DC升压变换器和双向DC/DC变换器。（1）DC/DC降压变换器。混合动力汽车需要DC/DC降压变换器将动力蓄电池的高电压转换为低电压，并持续向低压电气系统供电。（2）DC/DC升压变换器。为了提高混合动力汽车电驱动系统的效率，需要通过DC/DC升压变换器将动力蓄电池电压升高，为交流电机控制系统提供稳定的更高电压的电源。（3）双向DC/DC变换器。将DC/DC降压变换器和DC/DC升压变换器的电路重构，能够组成新型结构的DC/DC变换器电路。双向DC/DC变换器就是DC/DC降压变换器和DC/DC升压变换器的组合，常用于混合动力汽车动力蓄电池和电机控制系统之间，匹配两种电源的电压特性。

图2-10

400V高压直流电转化为12V低压直流电1.3电源变换器2.DC/AC变换器DC/AC变换器是将直流电变换成交流电的装置，也称为逆变器。使用交流电机的纯电动汽车必须通过DC/AC变换器将动力蓄电池的直流电变换为交流电。在混合动力汽车上，采用动力蓄电池的直流电作为电源，并且采用三相交流电机作为驱动电机时，三相交流电机不能直接使用直流电源，另外三相交流电机具有非线性输出特性，需要应用逆变器中的功率半导体变换器件，来实现直流电源与三相交流电机之间电流的传输和变换，并要求能够实现频率调节，在所调节的频率范围内保持功率的连续输出，同时实现电压的调节，能够在恒定转矩范围内维持气隙磁通恒定。将直流电变换为频率和幅值可调且电压可调的交流电来驱动三相交流电机。3.AC/DC变换器AC/DC变换器是将交流电压变换成电子设备所需要的稳定直流电压，混合动力汽车中AC/DC的功能主要是将发电机发出的交流电变换为直流电给动力蓄电池储存。

2.混合动力汽车的安全措施

混合动力汽车带有几百伏的高压系统，如果处置不当就会造成危险。为了降低潜在危险，避免不正确操作系统以及意外接触高压电，混合动力汽车都要配备安全措施。但安全措施没有统一标准，在操作前应仔细阅读维修手册，了解其安全措施。

大众途锐混合动力汽车安全措施包括配有安全连接器的安全线路、蓄电池管理控制单元和检修用连接器等。2.1安全线路大众途锐混合动力汽车的安全线路是一种安全方案，包括一个机械组件和一个电气组件，其功能是确保在某一高压组件从系统中断开时，整个高压系统立即断电。安全连接器与一个锁钩共同构成一套机械锁定装置，可避免带电的高压电线松脱，如图2-11所示。安全连接器已被卸下，高压线路处于断开状态。

如2-11

配有安全连接器的安全线路2.1安全线路安全线路类似于一个由其安全连接器连接的闭合电路。如果因为安全连接器被拆卸而导致电路断开，高压系统就会立即断电。在从高压组件上断开高压电线之前，必须先拆下安全连接器，从而确保在断开线路时整个系统不带电。所有高压系统零部件都通过一条独立的低电压线路互相连接构成环路，安全线路处于闭合，如图2-12所示。图中a为检修用连接器；b为安全连接器1；c为牵引系统分配器盖；d为安全连接器2；e为空调压缩机连接器；f为空调压缩机；g为电力电子装置；h为电力电子装置三相端盖；i为电机接线盒；k为蓄电池管理控制单元；l为电机线路传感器14芯连接器；m为电机；n为带电气箱的高压蓄电池。此外，零部件与安全线路之间的连接均被设计为断电器触点。当所有零部件都处于可运行状态时，断电器触点闭合。如果此时对安全线路施加电压，就会有电流通过，因为线路未中断。如果可测量电流，则表明安全线路上的所有零部件都处于就绪状态。

图2-12安全线路闭合2.1安全线路如果由于某一零部件处于不可运行状态或安全连接器被脱开而导致断电器触点断开，安全线路就会断开，如图2-13所示，高压线路在压缩机处断开。此时即使对安全线路施加电压，也不会有电流通过，这表明高压系统处于不可运行状态。安全连接器位于检修用连接器和连接两条高压电线与电力电子装置的连接元件之间，如图2-14所示。安全连接器所发挥的作用相当于电路中的开关，如果安全连接器断开，则开关断开，安全线路随之断开，于是高压系统被关闭。如果安全连接器接合，则开关闭合，于是安全线路接通，此时监测系统默认两条高压电线已与动力蓄电池相连，混合动力系统可以运转。安全连接器与高压线路的连接头机械相连，如果必须断开高压线路，则必须脱开安全连接器。

图2-13安全线路断开图2-14

安全连接器2.2蓄电池管理控制单元大众途锐混合动力汽车的接线盒和配电箱（电气箱）安装于动力蓄电池左侧边缘处，如图2-15所示。电气箱将动力蓄电池连接至车辆的288V电气系统，其中包含部分高压安全系统和高压蓄电池监测设备。电气箱包括蓄电池管理控制单元、安全连接器、保护继电器（接触器）和用于连接两条高压电线（从动力蓄电池接至电力电子装置）的两个接口。蓄电池管理控制单元安装于电气箱左侧，如图2-16所示。蓄电池管理控制单元负责监控蓄电池电量及运行状态。控制单元会测定动力蓄电池的充、放电值和温度值，记录电池温度，通过电动冷却风扇调节蓄电池冷却状况。控制单元还在其故障存储器内存储电池或电气箱内发生的故障，以便实施车辆诊断。所有与蓄电池相关的数据都存储在控制单元内，以免通过软件对发动机功率进行调整后无法复原，同时也能及时发现电池过度放电或过热的情况。

图2-15大众途锐混合动力汽车的电气箱图2-16大众途锐混合动力汽车的蓄电池管理控制单元2.2蓄电池管理控制单元蓄电池管理控制单元通过保护继电器、点火锁和安全气囊控制单元实施安全保护。1.保护继电器电气箱中的蓄电池管理控制单元检查并确定安全线路是否闭合或断开。如果控制单元确定线路断开，就不启动保护继电器，断开高压蓄电池与高压系统的连接。2.点火锁通过信息“已插入点火钥匙”，要求高压系统切换到行驶准备模式。对蓄电池管理控制单元来说，信息“已插入点火钥匙”是一个必要条件，这样控制单元才能激活用于将高压蓄电池接合到高压系统的保护继电器。如果拔出点火钥匙，控制单元则自动将高压蓄电池从高压系统断开。点火开关一旦打开，蓄电池管理控制单元就闭合接触器。如果断开蓄电池管理控制单元的供电，则接触器也断开。车载电网关闭，高压系统也关闭。发生点火开关关闭、安全线路分离、座椅安全带预张紧器触发、安全气囊触发、从车载电网中断开12V蓄电池，蓄电池管理控制单元都会断开接触器。

2.2蓄电池管理控制单元蓄电池管理控制单元通过保护继电器、点火锁和安全气囊控制单元实施安全保护。1.保护继电器电气箱中的蓄电池管理控制单元检查并确定安全线路是否闭合或断开。如果控制单元确定线路断开，就不启动保护继电器，断开高压蓄电池与高压系统的连接。2.点火锁通过信息“已插入点火钥匙”，要求高压系统切换到行驶准备模式。对蓄电池管理控制单元来说，信息“已插入点火钥匙”是一个必要条件，这样控制单元才能激活用于将高压蓄电池接合到高压系统的保护继电器。如果拔出点火钥匙，控制单元则自动将高压蓄电池从高压系统断开。点火开关一旦打开，蓄电池管理控制单元就闭合接触器。如果断开蓄电池管理控制单元的供电，则接触器也断开。车载电网关闭，高压系统也关闭。发生点火开关关闭、安全线路分离、座椅安全带预张紧器触发、安全气囊触发、从车载电网中断开12V蓄电池，蓄电池管理控制单元都会断开接触器。

2.2蓄电池管理控制单元蓄电池管理控制单元通过保护继电器、点火锁和安全气囊控制单元实施安全保护。3.安全气囊控制单元为了降低在发生碰撞时由高压系统对乘客和急救人员造成的危害，蓄电池管理控制单元也对安全气囊控制单元所使用的碰撞探测信号进行分析。如果探测到了碰撞，蓄电池管理控制单元会通过保护继电器将高压蓄电池从高电压系统中断开。在第一个碰撞阶段，此时只有座椅安全带预紧器被触发，保护继电器断开。该过程是可逆的，这意味着在新的点火周期中，保护继电器会再次闭合。如果在第二个碰撞阶段中座椅安全带预紧器和安全气囊都被触发了，则高压蓄电池从高压系统中的断开就是不可逆的，这意味着在新的点火周期中，保护继电器不会再次闭合，此时必须使用维修站的测试仪来进行使保护继电器闭合。通过触发的安全气囊，急救人员就能获知，在碰撞事故中，接触器已被断开，高压系统已经和高压蓄电池分离。

2.3检修用连接器大众途锐混合动力汽车检修用连接器安装在电气箱的橙色盖子下方，如图2-17所示。

图2-17

大众途锐混合动力汽车的检修用连接器检修用连接器是动力蓄电池中两个蓄电池列之间的电气连接器，如图2-18所示。当脱开连接器时，蓄电池电路的连接被切断。高压系统内的残余电压消失，此时高压系统不带电。图2-18

检修用连接器的连接图2.3检修用连接器通常，在必须使用金属拆卸工具以及使用会导致组件变形或带有锐利边缘的工具，对高压组件进行操作或在高压组件附近进行作业时，应将检修用连接器断开。检修用连接器的操作方法：移除电气箱的橙色橡胶盖后即可看到检修用连接器。将上半部分推向一侧，并将其向上翻折，然后就可以分离并脱开检修用连接器。如需要钟新启用高压系统，则将检修用连接器装回原位。混合动力汽车正常行驶时，检修用连接器处于连接状态，如图2-19所示。

图2-19

检修用连接器处于连接状态2.3检修用连接器使高压电系统断电的一个方法就是脱开检修用连接器，因为它相当于两个蓄电池列之间的电气连接器。通过连接器的两个特殊位置进行操作。当检修用连接器处于位置1时，如图2-20所示，安全线路断开。作为紧急切断装置的保护继电器（接触器）也随之断开。安全线路主要用于防护电弧带来的危害。

图2-20检修用连接器处于位置12.3检修用连接器当检修用连接器处于位置2时，如图2-21所示，两个蓄电池列之间的串联连接被断开。此时可从支架上拆下检修用连接器，高压系统停止运行。必须进行检查以确认其是否已经断电。

图2-21检修用连接器处于位置22.3检修用连接器在检修用连接器内集成安装有一根用于高压系统的保险丝，如图2-22所示。通常当电流达到125A时，保险丝会熔断。如需要更换保险丝，必须拆下检修用连接器上部的盖罩。

图2-22检修用连接器内的保险丝3.混合动力汽车高压系统的安全操作混合动力汽车高压系统包括驱动电机系统、动力蓄电池系统、高压配电箱、电动压缩机、车载充电机、电源转换器、橙色高压线束等。为确保操作人员人身安全，避免违规操作引起安全事故，在进行高压系统操作时，首先要进行安全防护。

3.1安全防护要求在对混合动力汽车高压系统操作时，具有以下安全防护要求。（1）混合动力汽车高压系统操作人员必须准备必要的安全防护用品，如绝缘手套、绝缘鞋、绝缘帽、绝缘服、绝缘垫和防护眼镜等，如图2-23所示。3.1安全防护要求

（a）绝缘手套

（b）绝缘鞋

（c）绝缘帽（d）绝缘服

（b）绝缘垫

（c）防护眼镜图2-23

安全防护用品3.1安全防护要求

（2）使用前必须检查绝缘手套、绝缘鞋等防护用品是否有破损、破洞或裂纹等，应完好无损，确保安全。（3）使用前必须检查绝缘手套、绝缘鞋等防护用品，不能带水进行操作，保证内外表面洁净、干燥，确保安全。（4）绝缘手套、绝缘鞋、绝缘垫以及绝缘工具等都应定期送权威计量机构进行绝缘性能检测。（5）维护和检修混合动力汽车部分所需工具：万用表、钳流表（含直流及交流）、具有绝缘手柄的操作工具（含力矩扳手、快速扳手、螺丝刀等）、故障诊断仪等。检测用仪器需要先检查功能及附件均工作正常后方可使用；操作工具应提前使用绝缘胶带包裹除去与标准件接触点以外的裸露金属部分，避免因仪器故障或操作工具裸露金属部分误触带电部件，导致高压事故；故障诊断仪必须是厂家指定的专用故障诊断仪。（5）维修混合动力汽车高压系统时，必须设置专职监护人一名，监护人工作职责为监督维修的全过程。①监督维修人员资质、工具使用、防护用品佩戴、备件安全保护、维修安全警示牌等是否符合要求。②检查紧急维修开关的接通和断开。③负责对维修过程中的安全维修操作规程进行检查，监护人要按安全维修操作规程指挥操作，维修人员在做完一个操作后告知监护人，监护人在作业流程单上作标记。④监护人要认真负责，确保维修过程的安全，避免发生安全责任事故。⑤监护人及维修人员必须具备国家认可的《特种作业操作证（电工)》与《初级（含）以上电工证》，严禁无证进行维修操作。⑥监护人及维修人员必须经过专业的混合动力车型新车型培训，并通过考核。（6）严禁未经培训的人员进行高压部分检修，禁止一切带有侥幸心理的危险操作，避免发生安全事故。（7）严禁不按章操作。3.2安全维修操作规范混合动力汽车高压系统维修操作时，要遵守以下安全规范。（1）正确识别高压系统部件。识别高压系统部件要依据车型维修手册，注意整车橙色线束均为高压线；高压系统部件主要包括驱动电机系统、动力蓄电池系统、高压配电箱、电动压缩机、车载充电机、电源转换器等。（2）检查高压系统时，点火开关必须处于OFF挡（若为智能钥匙系统，车辆须不在智能钥匙感应范围内），并且车辆处于非充电状态，并拔下紧急维修开关（车型不同，其维修开关名称也可能不同）。紧急维修开关拔下后，由专职监护人员保管，并确保在维修过程中不会有人将其插到高压系统上。①断开紧急维修开关只是切断了高压用电设备的电源，并不能切断动力蓄电池的电源。②当需要维修或更换高压配电箱时，应小心拔出连接动力蓄电池的电缆正、负极高压插接件，使用绝缘胶带包好裸漏出的桩头，避免触电。

3.2安全维修操作规范（3）在断开紧急维修开关5min后，检修高压系统前应使用万用表测量整车高压回路，确保无电。①拔下紧急维修开关后，测量动力蓄电池系统正极和车身之间的电压，初步判断是否漏电，若检测到电压大于等于50V，应立即停止操作，检查动力蓄电池系统漏电原因。②使用万用表测量高压时，需注意选择正确量程，检测用的万用表精度不低于0.5级，要求具有直流电压测量挡位，量程范围大于或等于1000V，并遵守“单手操作”原则。单手操作就是不要两只手同时接触正负极或者任意金属部分，每一次单手握万用表表笔绝缘部分，单独连接一个测试点，再同样另外一个表笔连接另外测试点/极桩。如果需要触摸金属面，不要双手同时触摸，要单手触摸，最好是带绝缘手套操作更安全。③所使用的万用表一根表笔线上配备绝缘