新能源汽车高压线束高压互锁作用、原理和应用浅析

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2020年1月14日 评论 2,652 1898字阅读6分19秒

国家标准定义电压超过60 V就被定义为高压电,和传统汽油车使用12 V低电压系统相比,电动车使用了220 V高压电气系统,高电压电流在随时提供车辆足够动力的同时,也考验着车载高压用电器的使用安全。

高压线束采用多种防护措施来保障可能发生的高压电伤害现象,其中高压线束接插件的高压互锁装置就是其中一项非常重要的防护措施。本文将从高压互锁的定义、工作原理、相关接插件的设计思路、应用等多方面来进行浅析。

1 高压互锁的定义和作用

1) 根据《ISO6469》国际标准中所规定的,电动车(包括BEV、PHEV等车型) 的高压部件(及其接插件) 都应具有高压互锁装置。

2) 高压互锁(High Voltage Interlock Loop),其作用是使用12V的小电流来确认整个高压电气系统的完整性,整车所有的高压部件和线束接插件都必须安装到位,无短路或断路的情况。当控制器检测到HVIL回路断开或是完整性受到破坏时,需要启动必要的安全措施。

3) BMS在检测到HVIL回路断开,判断车辆系统存在风险时,会根据当时的车辆情况,选择不同的必要安全措施。

①故障报警。常通过仪表警告灯亮起或发出警告鸣声等形式提醒驾驶员注意车辆情况,尽早将车辆送至专业维修点检测,避免发生安全事故。

②切断高压电输出。当车辆处于停止状态,BMS检测到HVIL断开,除了进行必要的警告外,还会直接切断高压电输出,使车辆无法启动,最大限度地保障乘客安全。

③降低高压输出功率。当车辆处于行驶状态下,BMS检测到HVIL断开,直接切断高压电输出会产生严重的、不可控的后果。此时,除了进行必要的警告灯/ 警告音提醒驾驶员外,高压控制系统将强制降低电机的输出功率,强制降低车速,使车辆始终处于一个降低速的运行状态下,给驾驶员足够的时间和机会寻找合适的地点停车。如驾驶员在停车后未及时将车辆送检维修, 那么在下次启动车辆时,BMS将会直接实施上文提及的直接切断高压电的措施,用以保障用户及车辆安全。

2 高压互锁的系统原理

1) 一般电动车使用的高压部件有:电池包、车载充电装置、电驱动装置及控制电子系统、高电压加热装置
(PTC)、空调压缩机等用电器。

2) 高压互锁回路如图1所示。只有当互锁回路形成了一个完整的闭环,BMS认为车辆的高压部件状态正常,才会允许接通高压电源。当回路遭到断开,触发HVIL的断开信号,BMS将在毫秒级时间内断开高压电,确保用户安全。

新能源汽车高压线束高压互锁作用、原理和应用浅析

3) 除了车辆由于意外或碰撞等因素导致HVIL回路断开外,断开服务插头(Service Disconnect Stecker) 也会导致HVIL回路断路。服务断开插头是低压接插件,在电动车车辆维修时,作为安全保障,维修人员需要先行断开服务插头,即将HVIL回路断开,停止高压电的输出后,才能进行车辆维修。

3 线束接插件的互锁结构

目前市面上的高压互锁设计大多是集成于高压线束接插件。即在高压线束接插件上,额外多一组低压回路用于检测HVIL的回路完整性。

1) 图2是比较常见的高压互锁结构。

新能源汽车高压线束高压互锁作用、原理和应用浅析

高压互锁结构包含在接插件内部,通过互锁端子和主回路(高压) 端子的长度和位置差异,实现连接时,先连接高压端子,再连接低压端子;断开时,先断开低压端子,再断开高压端子。该设计的优点是设计紧凑,体积小。

高压及互锁端子连接顺序可见图3,高压及互锁端子断开顺序可见图4。

新能源汽车高压线束高压互锁作用、原理和应用浅析

2) 图5是另一种高压互锁接插件。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。此设计的优点是方便主体塑壳结构扩展定制,缺点是设计复杂。高压及互锁端子断开顺序可见图6。

新能源汽车高压线束高压互锁作用、原理和应用浅析

新能源汽车高压线束高压互锁作用、原理和应用浅析

4 高压互锁的设计结构的输入及测试项目

高压互锁的设计结构的输入:高压互锁集成在接插件中,一般是遵循已有的对配公端安装界面进行定义设计。如果在没有任何参考对配公端界面的情况下,最少通过以下2个输入条件决定高压互锁结构的设计:

①接插件的外形轮廓尺寸要求,从而确定能够选择的最小端子系列及其接插位置;

②接插件安装位置的环境温度,从而确定端子所使用的镀层类型。

高压互锁设计结构的一般测试内容:

①高压互锁端子初态接触电阻;

②高压互锁端子环境老化测试后的接触电阻;

③在接插件装配状态下,高压互锁端子的接触深度,以及高压互锁端子分离后,主回路端子的接触深度。

5 总结

高压互锁作为高压电动车非常重要的防护措施之一,线束工程师在设计和使用时需要重点关注。理解高压接插件的定义、工作原理和应用等信息,将为线束工程师提供一些工作思路。

作者:单黎婷, 胡立芳, 陆敏, 沈俊杰2

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