線束磚家

如果國家標(biāo)準(zhǔn)定義電壓超過60 V，則定義為高壓電，與傳統(tǒng)汽油汽車使用12 V低壓系統(tǒng)相比，電動車使用220 V高壓電氣系統(tǒng)，高壓電流隨時為車輛提供足夠的動力，同時測試車輛高壓電器的使用安全性。

高壓線束為了保護可能發(fā)生的高壓電氣損傷，采取了多種保護措施，其中高壓線束連接器的高壓互鎖裝置是非常重要的保護措施之一。本文將從高壓互鎖的定義、工作原理、相關(guān)插件的設(shè)計思路、應(yīng)用等幾個方面進行淺析。

1 高壓互鎖的定義和作用

1)如《ISO6469》國際標(biāo)準(zhǔn)所述，電動車(包括BEV、PHEV等車輛)的高壓部件(和連接器)必須有高壓互鎖裝置。

2)高壓互鎖(High Voltage Interlock Loop)使用12V的小電流來確認(rèn)整個高壓電氣系統(tǒng)的完整性。車輛上的所有高壓部件和線束連接器都必須安裝到位，沒有短路或斷路。如果控制器檢測到HVIL環(huán)路中斷或完整性受損，則必須啟動必要的安全措施。

3) BMS在檢測HVIL電路斷線和判斷車輛系統(tǒng)危險時，根據(jù)當(dāng)時車輛情況選擇必要的其他安全措施。

故障警報。儀表警示燈亮起或警報聲響起等，警告司機車輛情況，盡快將車輛送到專業(yè)修理店檢查，避免安全事故。

切斷高壓電輸出。當(dāng)車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)時，BMS會檢測HVIL分離，除了必要的警告外，還會直接切斷高壓電輸出，使車輛無法啟動，從而最大限度地提高乘客的安全。

降低高壓輸出功率。車輛處于行駛狀態(tài)時，BMS檢測HVIL斷流，直接切斷高壓電輸出，可能會造成嚴(yán)重且無法控制的后果。此時，除了提醒司機必要的警示燈/警報聲外，高壓控制系統(tǒng)還會強制降低電機的輸出功率，強制降低車速，使車輛始終處于減速運行狀態(tài)。給司機足夠的時間和機會找到合適的地方停車。(約翰f肯尼迪，Northern Exposure(美國電視劇)，)如果司機在停車后沒有及時對車輛進行檢查修理，則下次啟動車輛時，BMS將直接切斷上述高壓電力，直接實施措施以確保用戶和車輛的安全。(大衛(wèi)亞設(shè))。

2 高壓互鎖的系統(tǒng)原理

1)一般電動車使用的高壓部件包括電池組、車輛充電器、電力驅(qū)動裝置和控制電子系統(tǒng)、高壓加熱裝置(PTC)、空調(diào)壓縮機等家電。

2)高壓互鎖電路如圖1所示。只有在互鎖回路形成完整閉環(huán)的情況下，BMS才可以在判斷車輛高壓部件狀態(tài)正常的情況下打開高壓電源。電路中斷時，將觸發(fā)HVIL的分離信號，BMS將在毫秒級時間內(nèi)切斷高壓電，以確保用戶安全。

3)除了車輛因事故或碰撞等因素導(dǎo)致HVIL環(huán)路中斷外，斷開服務(wù)插頭還可能導(dǎo)致HVIL環(huán)路中斷。服務(wù)分離插頭是低壓連接器，修理電動車車輛時，為了安全保證，必須先斷開服務(wù)插頭。也就是說，必須斷開HVIL電路，停止高壓電器的輸出，才能維修車輛。

3 線束接插件的互鎖結(jié)構(gòu)

目前市面上的高壓互鎖設(shè)計大多集成在高壓線束連接器上。也就是說，高壓線束插件使用附加低壓電路集來檢測HVIL的電路完整性。

1)圖2是比較常見的高壓聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)。

高壓互鎖結(jié)構(gòu)包含在插件內(nèi)部，通過互鎖終端和主電路(高壓)終端的長度和位置差異進行連接時，首先連接高壓終端，然后連接低壓終端。斷開連接時，首先斷開低壓終端，然后斷開高壓終端。這個設(shè)計的優(yōu)點是設(shè)計緊湊，體積小。

高壓和互鎖終端連接順序如圖3所示，高壓和互鎖終端斷開順序如圖4所示。

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2） 圖5是另一種高壓互鎖接插件。高壓互鎖結(jié)構(gòu)獨立于內(nèi)塑殼或有一個單獨的小連接器連接，通過2個連接器的先后安裝關(guān)系保證。此設(shè)計的優(yōu)點是方便主體塑殼結(jié)構(gòu)擴展定制，缺點是設(shè)計復(fù)雜。高壓及互鎖端子斷開順序可見圖6。

4 高壓互鎖的設(shè)計結(jié)構(gòu)的輸入及測試項目

高壓互鎖的設(shè)計結(jié)構(gòu)的輸入：高壓互鎖集成在接插件中，一般是遵循已有的對配公端安裝界面進行定義設(shè)計。如果在沒有任何參考對配公端界面的情況下，最少通過以下2個輸入條件決定高壓互鎖結(jié)構(gòu)的設(shè)計：

①接插件的外形輪廓尺寸要求，從而確定能夠選擇的最小端子系列及其接插位置；

②接插件安裝位置的環(huán)境溫度，從而確定端子所使用的鍍層類型。

高壓互鎖設(shè)計結(jié)構(gòu)的一般測試內(nèi)容：

①高壓互鎖端子初態(tài)接觸電阻；

②高壓互鎖端子環(huán)境老化測試后的接觸電阻；

③在接插件裝配狀態(tài)下，高壓互鎖端子的接觸深度，以及高壓互鎖端子分離后，主回路端子的接觸深度。

5 動力電池系統(tǒng)高壓互鎖設(shè)計與原理

6 BMS里面的高壓互鎖（HVIL）電路

高壓互鎖（High Voltage Interlock Loop）功能也是BMS上面的一個重要功能，其他高壓控制器上面也會有這個功能，例如VCU等；它的作用是用來檢測高壓回路中高壓連接器的連接狀態(tài)，識別高壓連接器未連接或意外斷開的故障；如下圖（圖片來源于特斯拉診斷手冊），圖中紅線的環(huán)路就是高壓互鎖環(huán)路，它把系統(tǒng)中的相關(guān)高壓連接器全部串聯(lián)起來，同時檢測它們的連接狀態(tài)。

HVIL的實現(xiàn)首先依靠連接器自身的結(jié)構(gòu)。高壓連接器在內(nèi)部集成了HVIL接口。如下圖所示（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)），高壓連接器除了自身的高壓大電流接口外，還集成了一個HVIL接口；原理很簡單，HVIL接口有兩個PIN腳，當(dāng)高壓連接器插合后，兩個PIN成短路狀態(tài)；當(dāng)高壓連接器斷開后，這兩個PIN腳成開路狀態(tài)。HVIL功能就是通過檢測這兩個PIN腳的通斷來實現(xiàn)。

同樣的，高壓維修開關(guān)（MSD）也集成了HVIL接口，如下圖（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）。

高壓連接器中的HVIL接口與高壓大電流接口在插入或拔出時，有個時間差，如下圖所示；當(dāng)連接器插入時，高壓端子先接觸，HVIL端子后接觸，時間差為Δt1；當(dāng)連接器拔出時，HVIL端子先斷開，高壓端子后斷開，時間差為Δt2；這樣的話HVIL端子就能確保高壓端子已經(jīng)可靠連接或提前預(yù)判其意外斷開。

上面的兩個時間差一般與插入或者拔出的速度有關(guān)，之前有大概測試過，Δt1大概有1s左右，而Δt2大概有100ms左右，時間不是很精確，但量級差不多。

接下來簡單介紹HVIL檢測電路，一般分為兩種，直流源方案與PWM方案。如下圖，左圖為直流源方案簡圖，右圖為PWM方案簡圖。在左圖中，外部施加一個直流源在整個HVIL環(huán)路上面，通過檢測V1\V2處的電壓，來診斷高壓連接器狀態(tài)；同理，在右圖中，引入了一個可控的開關(guān)，同樣還是檢測V1\V2處的電壓，不過通過控制開關(guān)，可以得到兩組值，用來識別出更多的狀態(tài)；

實際的HVIL檢測電路更復(fù)雜，首先要定好需要檢測的故障類型，然后根據(jù)故障類型設(shè)計檢測電路；故障類型有斷路、短路到地、短路到電源、回路阻抗變大等。這一塊可以去搜索專利，能搜到很多方案實現(xiàn)電路。

高壓互鎖診斷是作為一項重要的安全機制落在BMS的安全目標(biāo)中的，一旦診斷出故障后，BMS要進入安全狀態(tài)。這其中又要對整車場景進行細(xì)分，不同場景下、安全狀態(tài)是完全不同的；例如充電場景、行車場景、啟動場景，大家也可以去搜一下相關(guān)信息，介紹的很詳細(xì)。

總結(jié)：

本文一如既往地作為前置挖坑文，簡單介紹了HVIL的概念，后面有機會再深入地分析HVIL檢測電路。大部分情況下，HVIL電路是一個系統(tǒng)電路，它遍歷所有主要的高壓接口，由主機廠來定義檢測范圍，HVIL功能難點在于發(fā)現(xiàn)故障后的處理策略，也是核心。以上所有，僅供參考。

參考素材：汽車電器