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新能源车高压互锁系统基础知识解析

2019-07-19 09:58:27 来源:公众号 线束工程师

【大比特导读】整车高压线束主要的设计方案涉及到线束走向设计、线径设计、高压连接器选型、充电口的类型和应用、屏蔽设计、高压线束固定卡扣选型、高压 线槽设计、高压互锁HVIL设计、GROMMET设计等。

整车高压线束主要的设计方案涉及到线束走向设计、线径设计、高压连接器选型、充电口的类型和应用、屏蔽设计、高压线束固定卡扣选型、高压 线槽设计、高压互锁HVIL设计、GROMMET设计等。高压系统中有500V以上和上百安培的电流,对高压部件的运行、维护与维修安全带来严峻的考验,其中高压互锁是新能源汽车电气保护的一个重要组成部分。

1 什么是高压互锁

ISO国际标准《ISO 6469-3: 2001电动汽车安全技术规范第3部分:人员电气伤害防护》中,规定车上的高压部件应具有高压互锁装置,但并没有详细地定义高压互锁系统。但什么是高压互锁呢?

高压互锁(High Voltage Inter-lock, 简称HVIL),其实也是高压互锁回路(Hazardous Voltage InterlockLoop)的简称。

高压互锁是指,用低压信号监视高压回路完整性的一种安全设计方法。通过使用低压信号来检查电动汽车上所有与高压线束相连的各组件,检测各个高压系统回路的电气连接完整性(连续性)。

理论上,低压监测回路比高压先接通,后断开,中间保持必要的提前量,时间长短可以根据项目具体情形确定,比如150ms,大体在这个量级。具体的高压互锁实现形式,不同项目可能有不同设计。

在电动汽车高压回路中,要求具备HVIL功能的电气元件主要是高压连接器,手动维修开关(MSD)等这类要求人力操作,实现电路接通还是断开的电气接口元件。

2 高压互锁的目的

高压互锁的目的是,用来确认整个高压系统的完整性的,当高压系统回路断开或者完整性受到破坏的时候,就需要启动安全措施了。

3 高压互锁的作用,为什么要做高压互锁设计

高压互锁主要是用来保证高压系统安全,主要有三个作用:

一是,用来检测高压回路松动(会导致高压断电,整车失去动力,影响乘车安全)并在高压断电之前给整车控制器提供报警信息,预留整车系统采取应对措施的时间。

二是,在车辆上电行车之前发挥作用,检测到电路不完整,则系统无法上电,避免因为虚接等问题造成事故;

三是,防止人为误操作引发的安全事故。在高压系统工作过程中,如果没有高压互锁设计存在,手动断开高压连接点,在断开的瞬间,整个回路电压加在断点两端,电压击穿空气在两个器件之间拉弧,时间虽短,但能量很高,可能对断点周围的人员和设备造成伤害。

4 高压互锁的工作原理与实现方式

高压互锁设计有两个方面的因素需要考虑,一个是低压系统怎样全面检测到整个高压系统每个连接位置的连接状态;另一个问题是,怎样实现低压检测回路的信息传递动作必须领先于高压回路断开的动作。因此高压互锁原理需要从这两个方面出发,考虑整体电路设计原理和连接器自身设计原理。

全部高压连接器对接位置,都配合有高压互锁信号回路,但回路形式与高压回路不具有必然的联系。也就是说,高压上,电气A和电气B构成一个完整回路。但高压互锁,可能给A设置一个单独的互锁信号回路,给B单独设置一个互锁信号回路;也可能把A和B的互锁信号串联在一个回路中。

高压回路内以动力电池包作为电源,低压回路也需要一个检测用电源,让低压信号沿着闭合的低压回路传递。一旦低压信号中断,说明某一个高压连接器有松动或者脱落。高压互锁原理图如下。在下面图片体现的高压互锁信号回路基础上,按照整体策略,设计监测点或者监测回路,负责将高压互锁信号回路的状态传递给VCU或者BMS。

高压互锁监测器分为两种,一种是监测高压回路是否完整连接,另一种是监测高压电气外壳是否就位。两种监测器分别用在不同的高压互锁系统中,不能混用。

5 HVIL连接器的工作原理

在电动汽车高压回路中,要求具备HVIL功能的电气元件主要是高压连接器,具备高压互锁功能的高压连接器,由壳体、高压导电件、低压信号导电件和监测器及监测线路共同组成。

高压互锁连接器,一般实现方式是,对插的一对公头、母头上,分别固定着一对高压接插件和一对低压接插件。

高压断开状态,低压回路被切断;高压连接状态,低压回路的断点被短接,形成完整回路

直流高压连接器,高压回路有正极和负极两组公端子母端子。低压回路同样由两对公针母针和壳体组成。在公头和母头上,高低压导电件被固定在一个壳体上,相对位置固定。

要实现低压比高压首先获得断开的信息,落后获得连接完成的信息,需要确保低压回路插针晚于高压回路端子的对接接触时间,调节高压端子和低压插针的长度就可以实现。一个笼统的说法是,低压插针短(或者位置落后),高压端子刚刚接触的状态,低压插针还有一段距离;高压端子已经对接大半,低压插针才刚接触;高压端子插接到位,低压端子也插接到位。

6 高压互锁电路图参考

高压互锁电路图

7 高压互锁出现故障的处理方法

高压互锁电路利用串联电路的特点来检测电路的完整性,一旦检测到电路中断,系统就会根据策略停止供电,以免产生风险。因此,平常我们维修和高压相关的电路时,打开高压接插件或维修开关时,其实高压系统已经断电了。

但是并不是所有车的高压互锁回路都是一样的,因此在维修的时候一定要按照流程先断开高压电,再进行维修。要根据维修手册进行,弄懂里面的电路图。

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