什么是高压互锁系统(HVIL)

2021年12月7日高压线束评论3,495字数 2197阅读模式

在电动汽车高压回路中,高压互锁系统中的主要电器元件高压连接器。本文主要介绍什么是高压互锁系统(HVIL)?

高压互锁一方面在高压系统回路断开或者完整性受到破坏的时候,启动安全断开高压电的保护措施;另一方面用来确认整个高压系统的完整性。

什么是高压互锁系统(HVIL)

什么是高压互锁系统?

高压互锁系统(High Voltage Inter-lock, 简称HVIL),也叫高压互锁回路系统(Hazardous Voltage InterlockLoop)。

HVIL 或高压互锁回路是混合动力和全电动汽车的一项安全功能,可在车辆组装、维修、维护和操作期间保护人员。

HVIL 系统旨在保护在电动汽车生命周期的任何阶段可能接触到高压组件的任何人。

燃气动力车辆不需要 HVIL,因为它们的电气系统在低电压下运行,不会对操作员和维修技术人员构成风险。但是混合动力和电动汽车包括电池、电线、适配器和控制器的子系统,这些子系统在更高的功率水平下运行,因此需要额外的安全功能。

HVIL 充当一种断路器,如果在车辆运行期间高压连接松动、断开或损坏,它会向驾驶员发送警报或故障代码。HVIL 还有助于在发生事故时保护车辆的驾驶员和乘客。

其中高压互锁是指,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及连续性。

什么是高压互锁系统(HVIL)

就理论上而言,低压监测回路要比高压先接通、后断开,且间隔一定的时长(比如150ms)。具体的高压互锁实现形式,不同项目有不同设计。

什么是高压互锁系统(HVIL)

目前多采用集成在高压线束连接器上的形式。即在高压线束连接器上,额外多一组低压回路用于检测HVIL的回路完整性。

另一种高压互锁连接器形式设计较为复杂。高压互锁结构独立于内塑壳或有一个单独的小连接器连接,通过2个连接器的先后安装关系保证。(见下图)

什么是高压互锁系统(HVIL)

高压互锁的作用

作用1:在车辆上电之前,若检测到电路不完整,则系统无法上电,避免因为虚接等问题造成事故;

作用2: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的存在,则手动断开高压连接点时。

在断开的瞬间,整个回路电压将会全部加在断点两端,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。

作用3: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。

什么是高压互锁系统(HVIL)

HVIL的工作原理

HVIL 使用连续的低压回路来监控电动汽车 (EV) 中的所有高压连接器和组件。如果低压 HVIL 信号因任何原因中断,则表明高压系统存在需要解决的问题。

当 HVIL 电路出现故障时,会触发诊断故障代码,并且车辆控制面板上会出现警报,让驾驶员知道他们应该将车辆有问题,应该及时送去维修。

与此同时,故障代码还为维修技术人员提供了有关问题性质的信息,以便技术人员可以避免任何与安全相关的问题。

高压互锁系统主要从以下两方面进行检测和动作:

1.由低压系统检测高压系统中连接位置的连接状态;

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。

但对于高压互锁,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。

什么是高压互锁系统(HVIL)

2.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。

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的电源,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。

在上图中体现的高压互锁信号回路的基础上,按照整体策略,由监测点或监测回路,负责将高压互锁信号回路的状态传递给VCU或者BMS,完成整车的下电操作。

系统组成

具备高压互锁功能的高压连接器的组成部件有:低压信号导电件、高压导电件、壳体、和监测线路及监测器共同组成。

高压互锁结构的一般实现方式是:在相互对插的一对公端和母端上,分别固定着一对低压连接器和一对高压连接器。

通过互锁端子和主回路(高压) 端子的长度和位置差异,当实现连接时,先连接高压端子,再连接低压端子;而当断开时,先断开低压端子,再断开高压端子。

什么是高压互锁系统(HVIL)

完整安全解决方案的一部分

HVIL 只是电动汽车安全用电综合方法的一个方面。典型的电动汽车内部有数千个连接点。如果其中任何一个出现故障,结果可能是轻微的不便,也可能是危及生命的重大问题。

整个车辆的高压连接器还提供防手指、触摸安全的两步断开技术,以确保所有处理操作期间的最佳安全性。这些措施使得有人无法接触金属电触点的任何内部部分,从而保护可能会意外接触断开连接的消费者或维修技术人员。

熔入式连接器和其他创新技术可确保如果电流尖峰达到潜在危险水平,电池将与汽车的其余部分和充电器断开连接,从而消除发生灾难性事件的任何可能性。

降低风险的另一种方法(即使电压升高)是超过 OEM 设定的最高安全规范。大多数规格涵盖 600V 至 750V 范围内的车辆,但连接器供应商一般将其产品设计为1,000 伏。

HVIL 技术很重要,但对于 OEM 来说,在混合动力或全电动汽车的更大背景下看待 HVIL 也很重要,这些汽车是按照整个电气基础设施的最新安全和性能标准制造的。

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