1、電動汽車高壓互鎖構(gòu)造的應(yīng)用解析1 什么是電動汽車上的高壓互鎖？高壓互鎖（High Voltage Inter-lock， 簡稱HVIL），用低壓信號監(jiān)視高壓回路完整性的一種安全設(shè)計(jì)方法。理論上，低壓監(jiān)測回路比高壓先接通，后斷開，中間保持必要的提前量，時間長短可以根據(jù)項(xiàng)目具體情形確定，比如150ms，大體在這個量級。具體的高壓互鎖實(shí)現(xiàn)形式，不同項(xiàng)目可能有不同設(shè)計(jì)。監(jiān)測目標(biāo)是高壓連接器這類要求人力操作實(shí)現(xiàn)電路接通還是斷開的電氣接口元件。在電動汽車高壓回路中，要求具備HVIL功能的電氣元件主要是高壓連接器，手動維修開關(guān)（MSD）。2 電動汽車為什么需要高壓互鎖？從系統(tǒng)功能安全的角度出發(fā)，每個可能存在

2、的風(fēng)險(xiǎn)，都需要配置相應(yīng)的安全技術(shù)手段予以監(jiān)測，以降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率。從這個層面出發(fā)，高壓互鎖，作為電動汽車高壓系統(tǒng)安全的一個安全措施，在電路設(shè)計(jì)中使用。電動汽車高壓系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)之一，是突然斷電，汽車失去動力?？赡茉斐善囀恿Φ脑蛴袔追N，其中之一就是高壓回路自動松脫。高壓互鎖可以監(jiān)測到這種跡象，并在高壓斷電之前給整車控制器提供報(bào)警信息，預(yù)留整車系統(tǒng)采取應(yīng)對措施的時間。電動汽車的另外一個風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，是人為誤操作，在系統(tǒng)工作過程中，手動斷開高壓連接點(diǎn)。如果沒有高壓互鎖設(shè)計(jì)存在，在斷開的瞬間，整個回路電壓加在斷點(diǎn)兩端，對于高壓連接器這類本身不具備分?jǐn)嗄芰Φ钠骷碚f，是非常危險(xiǎn)的。電壓擊穿空氣在兩個器

3、件之間拉弧，時間雖短，但能很高，可能對斷點(diǎn)周圍的人員和設(shè)備造成傷害。關(guān)于高壓互鎖的具體目的，還有幾個不同的說法。有的觀點(diǎn)認(rèn)為，高壓互鎖主要在車輛上電行車之前發(fā)揮作用，檢測到電路不完整，則系統(tǒng)無法上電，避免因?yàn)樘摻拥葐栴}造成事故；也有人認(rèn)為，高壓互鎖主要在碰撞斷電過程中發(fā)揮作用，碰撞信號通過觸發(fā)高壓互鎖信號，執(zhí)行系統(tǒng)下電。只是，處于碰撞后比較危急的情況中，執(zhí)行斷電的步驟應(yīng)該是越少越好，碰撞信號直接傳遞給VCU，邏輯上比較合理一些。3 高壓互鎖原理高壓互鎖設(shè)計(jì)有兩個方面的因素需要考慮，一個是低壓系統(tǒng)怎樣全面檢測到整個高壓系統(tǒng)每個連接位置的連接狀態(tài)；另一個問題是，怎樣實(shí)現(xiàn)低壓檢測回路的信息傳遞動作必

4、須領(lǐng)先于高壓回路斷開的動作。因此高壓互鎖原理需要從這兩個方面出發(fā)，考慮整體電路設(shè)計(jì)原理和連接器自身設(shè)計(jì)原理。3.1 高圧互鎖回路設(shè)計(jì)原理全部高壓連接器對接位置，都配合有高壓互鎖信號回路，但回路形式與高壓回路不具有必然的聯(lián)系。也就是說，高壓上，電氣A和電氣B構(gòu)成一個完整回路。但高壓互鎖，可能給A設(shè)置一個單獨(dú)的互鎖信號回路，給B單獨(dú)設(shè)置一個互鎖信號回路；也可能把A和B的互鎖信號串聯(lián)在一個回路中。高壓回路內(nèi)以動力電池包作為電源，低壓回路也需要一個檢測用電源，讓低壓信號沿著閉合的低壓回路傳遞。一旦低壓信號中斷，說明某一個高壓連接器有松動或者脫落。高壓互鎖原理圖如下。在下面圖片體現(xiàn)的高壓互鎖信號回路基礎(chǔ)

5、上，按照整體策略，設(shè)計(jì)監(jiān)測點(diǎn)或者監(jiān)測回路，負(fù)責(zé)將高壓互鎖信號回路的狀態(tài)傳遞給VCU或者BMS。本文參加OFweek2018中國高科技產(chǎn)業(yè)大會高壓互鎖回路的組成高壓互鎖技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，需要如下設(shè)備共同完成：高壓互鎖連接器及高低壓導(dǎo)線，閉合的低壓電源信號周轉(zhuǎn)回路，高壓互鎖監(jiān)測回路及監(jiān)測器（監(jiān)測模塊可以在電池管理系統(tǒng)BMS上，也可以在整車控制器VCU上，或者二者分別具備監(jiān)測功能），直接受高壓互鎖監(jiān)測信號控制的高壓繼電器（如果有），VCU根據(jù)高壓互鎖監(jiān)測結(jié)果控制的高壓繼電器。高壓互鎖監(jiān)測器分為兩種，一種是監(jiān)測高壓回路是否完整連接，另一種是監(jiān)測高壓電氣外殼是否就位。兩種監(jiān)測器分別用在不同的高壓互鎖系統(tǒng)中，不

6、能混用。3.2 HVIL連接器的工作原理具備高壓互鎖功能的高壓連接器，由殼體、高壓導(dǎo)電件、低壓信號導(dǎo)電件和監(jiān)測器及監(jiān)測線路共同組成。高壓互鎖連接器，一般實(shí)現(xiàn)方式是，對插的一對公頭、母頭上，分別固定著一對高壓接插件和一對低壓接插件。高壓斷開狀態(tài)，低壓回路被切斷；高壓連接狀態(tài)，低壓回路的斷點(diǎn)被短接，形成完整回路下面這個自然段里提到了幾個名詞，高壓連接器、公頭，母頭，公端子，母端子，公針、母針，沒找到合適的圖示，請自行理解一下。以下圖中的高壓連接器為例，直流高壓連接器，有正極和負(fù)極兩組公端子母端子。低壓回路同樣由兩對公針母針和殼體組成。在公頭和母頭上，高低壓導(dǎo)電件被固定在一個殼體上，相對位置固定。要

7、實(shí)現(xiàn)低壓比高壓首先獲得斷開的信息，落后獲得連接完成的信息，需要確保低壓回路插針晚于高壓回路端子的對接接觸時間，調(diào)節(jié)高壓端子和低壓插針的長度就可以實(shí)現(xiàn)。一個籠統(tǒng)的說法是，低壓插針短（或者位置落后），高壓端子剛剛接觸的狀態(tài)，低壓插針還有一段距離；高壓端子已經(jīng)對接大半，低壓插針才剛接觸；高壓端子插接到位，低壓端子也插接到位。監(jiān)測器，負(fù)責(zé)采集低壓信號回路的通斷狀態(tài)，發(fā)送給控制器。這樣，在高壓回路真正實(shí)現(xiàn)通斷以前，控制器已經(jīng)掌握了這個連接器的狀態(tài)。4 高壓互鎖案例案例來自孫李璠的文章純電動汽車高壓互鎖方案設(shè)計(jì)，介紹了高壓互鎖技術(shù)在電動汽車高壓回路中的應(yīng)用。方案1下圖中，粗實(shí)線表示12V電源的高壓互鎖信號

8、回路，虛線是高壓互鎖監(jiān)測回路，HVIL監(jiān)控回路向VCU匯報(bào)信息，由VCU確定是否接通或斷開高壓繼電器，并通過BMS執(zhí)行動作。圖中可以看到，電機(jī)和電機(jī)控制器串聯(lián)在一個高壓互鎖檢測回路中，由一個檢測點(diǎn)2監(jiān)測狀態(tài)；其余3個用電器，每人單獨(dú)處于一個高壓互鎖信號回路，具備1個檢測點(diǎn)。檢測點(diǎn)1的工作與高壓互鎖無關(guān)，是為了應(yīng)對電路出現(xiàn)異常情形。檢測點(diǎn)1將異常情形傳遞至VCU，VCU要求BMS斷開電池包內(nèi)的主回路繼電器。檢測點(diǎn)2，既是電機(jī)和電機(jī)控制器高壓互鎖的監(jiān)測點(diǎn)，也連接著低壓繼電器2的線圈一端。當(dāng)電機(jī)和電機(jī)控制器的HVIL連接正常時，檢測點(diǎn)2的電壓是12V，VCU指令繼電器2吸合，通過繼電器2給BMS供給

9、12V電源；當(dāng)連接器沒有完好連接，VCU要求繼電器2斷開，則檢測點(diǎn)2電壓為0，BMS電源為0，不能工作；這個回路的總體想法是由電機(jī)的連接狀態(tài)去控制BMS工作與否。檢測點(diǎn)3、 4、 5分別體現(xiàn)DCDC、壓縮機(jī)和PTC3個裝置的高壓連接器狀態(tài)，檢測電壓12V說明連接良好，檢測電壓0說明高壓連接器處于斷開狀態(tài)，VCU根據(jù) 檢測結(jié)果執(zhí)行控制策略。這個方案，由于繼電器2的工作方式，使得BMS的工作狀態(tài)與電機(jī)和電機(jī)控制器產(chǎn)生了聯(lián)動。但VCU始終需要通過BMS合分主回路繼電器。方案2如下圖所示，粗線和虛線的含義與方案1相同，去掉了繼電器2的設(shè)置，異常情況依然依靠檢測點(diǎn)1的信號反應(yīng)。檢測點(diǎn)2體現(xiàn)電機(jī)和電機(jī)控制

10、器的高壓互鎖檢測結(jié)果，檢測點(diǎn)3反應(yīng)DCDC、空調(diào)壓縮機(jī)和PTC的高壓互鎖回路完整情形。如果檢測點(diǎn)2、 3的電壓是12V說明連接正常，如果是0V，說明有連接器斷開。VCU根據(jù)檢測點(diǎn)傳遞過來的信息，要求BMS控制主回路繼電器的通斷。從這個案例我們不難看出，高壓互鎖回路，如果想要確切了解是哪個電氣的連接器處于斷開狀態(tài)，則需要對這個用電器設(shè)計(jì)單獨(dú)的HVIL回路并單獨(dú)設(shè)置檢測點(diǎn)。如果沒有確切了解的必要，則最好將工作上有相關(guān)性的電氣安排在同一個HVIL回路中，以簡化控制；實(shí)際上，高壓互鎖的監(jiān)測任務(wù)，也可以由BMS來擔(dān)當(dāng)；某些電動汽車的設(shè)計(jì)，將主回路繼電器的控制權(quán)限放在VCU這里，可以減少一次VCU判斷高壓

11、互鎖情況以后，需要發(fā)報(bào)文給BMS，才能實(shí)現(xiàn)繼電器的通斷的步驟；案例中，沒有給動力電池包設(shè)置高壓互鎖檢測點(diǎn)，這是不太常見的情形。一般，動力電池包的高壓連接器和手動維修開關(guān)（MSD）都會設(shè)置高壓互鎖。電動汽車（EVPHEVHEV）高壓互鎖回路設(shè)計(jì)汽車線束從業(yè)聯(lián)盟2018-11-05 21:36高壓互鎖（HVIL），是高壓互鎖回路（Hazardous Voltage InterlockLoop）的簡稱。也叫危險(xiǎn)電壓互鎖回路（US7586722 High Voltage Interlock System and Control Strategy），高壓互鎖是指通過使用低壓信號來檢查電動汽車上所有與高壓

12、母線相連的各分路，包括整個電池系統(tǒng)、導(dǎo)線、連接器、DCDC、電機(jī)控制器、高壓盒及保護(hù)蓋等系統(tǒng)回路的電氣連接完整性（連續(xù)性）。在ISO國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 6469-3: 2001電動汽車安全技術(shù)規(guī)范第3部分：人員電氣傷害防護(hù)中，規(guī)定車上的高壓部件應(yīng)具有高壓互鎖裝置，但并沒有詳細(xì)地定義高壓互鎖系統(tǒng)。高壓互鎖的目的是，用來確認(rèn)整個高壓系統(tǒng)的完整性的，當(dāng)高壓系統(tǒng)回路斷開或者完整性受到破壞的時候，就需要啟動安全措施了。一、高壓互鎖原理高壓回路內(nèi)以動力電池包作為電源，低壓回路也需要一個檢測用電源，讓低壓信號沿著閉合的低壓回路傳遞。一旦低壓信號中斷，說明某一個高壓連接器有松動或者脫落。高壓互鎖原理圖如下。在下面

13、圖片體現(xiàn)的高壓互鎖信號回路基礎(chǔ)上，按照整體策略，設(shè)計(jì)監(jiān)測點(diǎn)或者監(jiān)測回路，負(fù)責(zé)將高壓互鎖信號回路的狀態(tài)傳遞給VCU或者BMS。二、高壓互鎖回路設(shè)計(jì)原則由于電動車動力系統(tǒng)是由多個子系統(tǒng)組成的，他們兩兩之間都是靠高壓連接器相互連接，同時運(yùn)行的環(huán)境十分惡劣，大多數(shù)工況處在振動與沖擊條件下，因此高壓互鎖設(shè)計(jì)是確保人員安全和車輛設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵?？傮w來看，電動汽車高壓互鎖回路設(shè)計(jì)須遵循以下原則：1）HVIL回路必須能夠有效、實(shí)時、連續(xù)地監(jiān)測整個高壓回路的通/斷情況；2）所有高壓連接器應(yīng)具備機(jī)械互鎖裝置，并且只有HVIL回路先行斷開以后才能接通連接器；3）所有高壓連接器在非人為的情況下，不能被接通或斷開；

14、4）HVIL回路應(yīng)具備在某種特殊情況下，可以直接通過BMS檢測HVIL回路，直接斷開高壓回路；5）無論電動汽車在任何狀態(tài)，HVIL在識別到危險(xiǎn)時，車輛必須對危險(xiǎn)情況做出報(bào)警提示，需要儀表或指示器以聲或光報(bào)警的形式提醒駕駛員。OFweek2018中國高科技產(chǎn)業(yè)大會三、高壓互鎖回路結(jié)構(gòu)1、純電動汽車（EV）高壓互鎖回路與傳統(tǒng)車相比，EV車輛新增電機(jī)、電機(jī)控制器、DC/DC、高壓動力電池、高壓壓縮機(jī)等高壓用電或供電裝置。GB/T 18384.1-2015,GB/T18384.2-2015, GB/T18384.3-2015電動汽車安全要求等相應(yīng)的法規(guī)要求:純電動車高壓系統(tǒng)中的電器元件應(yīng)具絕緣防護(hù)性，可以通過絕緣、遮攔、外殼和金屬網(wǎng)板等一些防護(hù)裝置來防止直接接觸。防護(hù)裝置應(yīng)牢固可靠，并耐機(jī)械沖擊。防護(hù)裝置只能通過專業(yè)工具或維修鑰匙打開或去掉而進(jìn)行相應(yīng)的維修、維護(hù)。而高壓連接器非人為自行斷開都不應(yīng)導(dǎo)致車輛產(chǎn)生危險(xiǎn)。2、插電混合動力汽車（PHEV）高壓互鎖回路1）互鎖線束應(yīng)從各高壓零部件低壓接口引出且與高壓線束分開布置；2）高壓互鎖回路中各高壓器件的串聯(lián)順序應(yīng)按下圖所示進(jìn)行。3、混合動力汽車（HEV）高壓互鎖回路按照GB/T 19751