高壓互鎖
關(guān)注創(chuàng)建者：楊曉木 創(chuàng)建時(shí)間：2019-11-13
高壓互鎖的視頻教程
高壓互鎖的實(shí)例教程
文章來源：上汽通用汽車有限公司武漢分公司
電動(dòng)汽車的快速發(fā)展在給人們帶來出行便利的同時(shí)，電
動(dòng)汽車動(dòng)輒300V以上的高壓電器系統(tǒng)，也給車載高壓用電器的使用安全帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)。高壓互鎖裝置作為一項(xiàng)重要的防護(hù)措施，其復(fù)雜冗長(zhǎng)的線路也給高壓互鎖類故障排查帶來了種種困難，本文通過對(duì)高壓互鎖機(jī)制的研究，針對(duì)某造車過程中出現(xiàn)的高壓互鎖故障的梳理和總結(jié)，從高壓互鎖策略、故障排除方法等兩個(gè)方面對(duì)高壓互鎖故障進(jìn)行歸納總結(jié)，便于迅速定位故障原因并進(jìn)行有效遏制。
1高壓互鎖
高壓互鎖
HVIL（High Voltage Inter lock）通過低壓信號(hào)來檢測(cè)電動(dòng)汽車上整個(gè)高壓模塊回路電器連接的完整性，由于電動(dòng)汽車高壓模塊分布在各個(gè)子系統(tǒng)中，高壓模塊間的連接通過高壓線束及其插接件形成一個(gè)完整的整車高壓系統(tǒng)，在振動(dòng)及沖擊的惡劣工況下，當(dāng)整個(gè)電動(dòng)汽車高壓回路斷開或者完整性受到破環(huán)時(shí)，就需要啟動(dòng)安全措施，如報(bào)警或者斷開高壓回路，因此高壓互鎖的設(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。如圖1所示，高壓控制系統(tǒng)由高壓電池、車載充電模塊、電機(jī)控制模塊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、高壓分配
模塊等組成。高壓互鎖監(jiān)控器向高壓互鎖回路提供一個(gè)信號(hào)電壓，然后檢測(cè)返回的信號(hào)電壓，如果檢測(cè)不到返回的信號(hào)電壓，則表明高壓線路可能處于斷路狀態(tài)，若繼續(xù)供電會(huì)有安全隱患，此時(shí)動(dòng)力電池控制單元會(huì)切斷高壓電供電。
2高壓互鎖診斷功能要求及其控制策略
基于高壓互鎖檢測(cè)原理得知當(dāng)車輛發(fā)生高壓互鎖故障
時(shí)，要確保高壓系統(tǒng)以合適的方式進(jìn)行安全斷電，并且在故障排除之前高壓系統(tǒng)不能上高壓，同時(shí)觸發(fā)對(duì)應(yīng)的診斷故障碼DTC（Diagnostic Test Code）。
展開 為了保證一款新能源PHEV
（
插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車
）
車型高壓線束回路的安全可靠連接
，
進(jìn)行了一種冗余設(shè)計(jì)方案
，
符合ISO 26262的標(biāo)準(zhǔn)要求
；
采用控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)車輛整個(gè)高壓回路的電氣連接完整性
；
對(duì)車輛使用過程中出現(xiàn)的可能故障進(jìn)行處理
，
確保車輛和人員的安全
。
【
關(guān)鍵詞
】
新能源
；
高壓互鎖
；
采樣電阻
；
電池包
；
故障診斷
；
整車控制器
；
電池管理系統(tǒng)
1.高壓互鎖
（
HVIL
）
功能介紹
HVIL是High Voltage Interlock Loop
（
高壓互鎖回路
）
的簡(jiǎn)稱
。
HVIL通過使用低壓電信號(hào)
，
來檢查整個(gè)高壓模塊
、
導(dǎo)線及連接器的電氣完整性情況
。
當(dāng) 發(fā)生互鎖故障后
，
必須保證整車高壓系統(tǒng)下電且在故障排除前高壓系統(tǒng)不能上電
，
同時(shí)觸發(fā)相應(yīng)的警示信號(hào)
。
展開 2.4 HVIL對(duì)高壓連接器要求
①高壓電氣系統(tǒng)中插接形式的高壓連接器應(yīng)集成互鎖功能
，
當(dāng)高壓連接器斷開時(shí)應(yīng)先斷開HVIL
，
接合時(shí)應(yīng)后接通HVIL
；
②高壓連接器接合后接觸電阻應(yīng)滿足Q
／
CC JT0638—2014
《
汽車電線束插接器技術(shù)條件
》
中4.12的要求
。
3.HVIL拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
3.1 PHEV高壓布置簡(jiǎn)圖
根據(jù)PHEV車型的布置情況
，
確定高壓電氣布置簡(jiǎn)圖
，
見圖1
。
3.2 HVIL拓?fù)鋱D
根據(jù)HVIL相關(guān)零部件布置位置
，
確定HVIL拓?fù)鋱D
，
見圖2
。
HVIL拓?fù)鋱D中高壓插接件參數(shù)見表1
。
4.HVIL阻抗匹配[2]
按照高壓互鎖回路信號(hào)源電壓為5V
、
電流接近 10 mA的設(shè)計(jì)
，
得到回路總的阻抗R1+R2+R3=500 Ω
。
HCU及BMS均檢測(cè)互鎖回路R2兩端電壓值
，
從而判斷 回路是否有故障
。
展開 2.4 HVIL對(duì)高壓連接器要求
①高壓電氣系統(tǒng)中插接形式的高壓連接器應(yīng)集成互鎖功能
，
當(dāng)高壓連接器斷開時(shí)應(yīng)先斷開HVIL
，
接合時(shí)應(yīng)后接通HVIL
；
②高壓連接器接合后接觸電阻應(yīng)滿足Q
／
CC JT0638—2014
《
汽車電線束插接器技術(shù)條件
》
中4.12的要求
。
3.HVIL拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
3.1 PHEV高壓布置簡(jiǎn)圖
根據(jù)PHEV車型的布置情況
，
確定高壓電氣布置簡(jiǎn)圖
，
見圖1
。
3.2 HVIL拓?fù)鋱D
根據(jù)HVIL相關(guān)零部件布置位置
，
確定HVIL拓?fù)鋱D
，
見圖2
。
HVIL拓?fù)鋱D中高壓插接件參數(shù)見表1
。
4.HVIL阻抗匹配[2]
按照高壓互鎖回路信號(hào)源電壓為5V
、
電流接近 10 mA的設(shè)計(jì)
，
得到回路總的阻抗R1+R2+R3=500 Ω
。
HCU及BMS均檢測(cè)互鎖回路R2兩端電壓值
，
從而判斷 回路是否有故障
。
展開 高壓線束是高壓系統(tǒng)的核心部件之一，本文將介紹高壓線束設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)與方法，包括高壓互鎖、高壓線束設(shè)計(jì)與高壓連接器。以下為正文。
1 高壓互鎖
1.1高壓互鎖的定義
高壓互鎖（High Voltage Inter-lock， 簡(jiǎn)稱HVIL），其實(shí)也是高壓互鎖回路（Hazardous Voltage InterlockLoop）的簡(jiǎn)稱。
高壓互鎖是指，用低壓信號(hào)監(jiān)視高壓回路完整性的一種安全設(shè)計(jì)方法。通過使用低壓信號(hào)來檢查電動(dòng)汽車上所有與高壓線束相連的各組件，檢測(cè)各個(gè)高壓系統(tǒng)回路的電氣連接完整性（連續(xù)性）。
理論上，低壓監(jiān)測(cè)回路比高壓先接通，后斷開，中間保持必要的提前量，時(shí)間長(zhǎng)短可以根據(jù)項(xiàng)目具體情形確定，比如150ms，大體在這個(gè)量級(jí)。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)。
在電動(dòng)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(dòng)維修開關(guān)（MSD）等這類要求人力操作，實(shí)現(xiàn)電路接通還是斷開的電氣接口元件。
1.2 高壓互鎖的目的與作用
高壓互鎖的目的是，用來確認(rèn)整個(gè)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(shí)候，就需要啟動(dòng)安全措施了。
為什么要做高壓互鎖設(shè)計(jì)
高壓互鎖主要是用來保證高壓系統(tǒng)安全，主要有三個(gè)作用：
一是，用來檢測(cè)高壓回路松動(dòng)（會(huì)導(dǎo)致高壓斷電，整車失去動(dòng)力，影響乘車安全）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(duì)措施的時(shí)間。
二是，在車輛上電行車之前發(fā)揮作用，檢測(cè)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；
三是，防止人為誤操作引發(fā)的安全事故。
展開 
高壓互鎖的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
高壓互鎖的最新內(nèi)容
3.1 扁平式高壓導(dǎo)線連接器的拆裝
在某些高壓組件的導(dǎo)線連接器上有單獨(dú)的高壓互鎖回路導(dǎo)線連接器，在松開高壓導(dǎo)線連接器前，必須首先松開高壓互鎖回路導(dǎo)線連接器（圖8）。高壓互鎖回路導(dǎo)線連接器處于連接狀態(tài)時(shí)，高壓互鎖回路閉合；松開高壓互鎖回路導(dǎo)線連接器，高壓互鎖回路斷開，此時(shí)高電壓系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉。
另外，整個(gè)高壓架構(gòu)需滿足高壓安全要求，高壓互鎖、主被動(dòng)放電、絕緣監(jiān)測(cè)、預(yù)充電、繼電器監(jiān)測(cè)和線路保護(hù)等功能，合理的設(shè)計(jì)可滿足安全的需求并實(shí)現(xiàn)成本的最優(yōu)。
2 高壓電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 高壓架構(gòu)設(shè)計(jì)輸入
高壓架構(gòu)設(shè)計(jì)要求包括整車性能及系統(tǒng)安全要求，整車性能包括加速、續(xù)航里程、充電時(shí)間、低壓用電功耗及熱系統(tǒng)用電功耗等。
8 高壓連接器特點(diǎn)
高壓連接器作為高壓線束的關(guān)鍵核心部件，其特點(diǎn)與高壓線束大部分一致，其中以下特點(diǎn)較為突出：
耐壓性 : 滿足爬電距離和電器間隙要求，滿足 750V額定電壓要求；
安全性 : 具有高壓互鎖功能，未對(duì)配插件滿足 IPXXB 要求，對(duì)配狀態(tài)插件滿足 IPXXD防護(hù)要求。
電氣間隙和爬電距離，滿足污染等級(jí) 3 的設(shè)計(jì)要求。
5）高壓互鎖回路檢測(cè)及故障處理
高壓回路互鎖功能設(shè)計(jì)是針對(duì)高壓電路連接的可靠程度提出的。危險(xiǎn)電壓閉鎖回路也稱為高壓互鎖回路（HVIL）,它是一個(gè)典型的互鎖系統(tǒng)，通過使用電氣的信號(hào)，來檢查整個(gè)模塊、導(dǎo)線及連接器的電氣完整性 。當(dāng)高壓安全管理系統(tǒng)檢測(cè)到某處連接斷開或某處連接沒有達(dá)到預(yù)期的可靠性時(shí)，安全管理系統(tǒng)將直接或通過整車控制器切斷相關(guān)動(dòng)力電源的輸出并發(fā)出聲光報(bào)警,直到該故障完全排除。
如圖 4 示出高壓互鎖回路檢測(cè)原理圖。
圖4 高壓互鎖電路檢測(cè)原理圖
6） 連接器要具有高壓互鎖功能。
7） 連接器要帶有屏蔽環(huán)，滿足高壓屏蔽線的壓接要求。
8） 連接器要具有二次鎖止功能，避免因使用過程中的誤操作或者顛簸導(dǎo)致高壓觸電風(fēng)險(xiǎn)。
1.3 高壓線束的制作
高壓線束的制作主要涉及高壓線束端子的壓接、屏蔽層處理、防護(hù)以及絕緣電阻的檢測(cè)。
5.HVIL故障診斷方法
（
表2
）
該互鎖方案的原理是
：
將所有識(shí)別的高壓互鎖回路故障轉(zhuǎn)換為高壓互鎖回路檢測(cè)的電壓值
，
通過采集電壓信號(hào)進(jìn)行故障檢測(cè)
。
BMS 基本功能
電流采集
單體電壓采集
總電壓采集
溫度采集
絕緣電阻檢測(cè)
高壓互鎖檢測(cè)
整車通訊
附件控制
電池狀態(tài)估算
高壓上下電控制
熱管理
均衡控制
充電管理
電池故障分析及在線報(bào)警
功能安全
BMS RoadMap
BMS產(chǎn)品布局如下圖所示，涵蓋12V
8 高壓連接器特點(diǎn)
高壓連接器作為高壓線束的關(guān)鍵核心部件，其特點(diǎn)與高壓線束大部分一致，其中以下特點(diǎn)較為突出：
耐壓性 : 滿足爬電距離和電器間隙要求，滿足 750V額定電壓要求；
安全性 : 具有高壓互鎖功能，未對(duì)配插件滿足 IPXXB 要求，對(duì)配狀態(tài)插件滿足 IPXXD防護(hù)要求。
電氣間隙和爬電距離，滿足污染等級(jí) 3 的設(shè)計(jì)要求。
七、高壓互鎖HVIL設(shè)計(jì)
高壓部件帶有高壓互鎖人性化安全設(shè)計(jì)，貫穿整車所有高壓部件，拆卸前必須先斷開高壓互鎖結(jié)構(gòu)才可執(zhí)行拆卸操作。由BMS、HCU執(zhí)行控制反饋。
八、高壓線GROMMET方案設(shè)計(jì)
橡膠圈是固定在線束上的橡膠類部品，和車體相應(yīng)部分相配合，起密封、防水等效果，多用于線束穿過車身鈑金的地方。
