什么是高壓互鎖系統(tǒng)（HVIL）

來源：線束世界?作者：線束世界-Jimmy?2021-11-10 09:29

在電動(dòng)汽車高壓回路中，高壓互鎖系統(tǒng)中的主要電器元件高壓連接器。

高壓互鎖一方面在高壓系統(tǒng)回路斷開或者完整性受到破壞的時(shí)候，啟動(dòng)安全斷開高壓電的保護(hù)措施；另一方面用來確認(rèn)整個(gè)高壓系統(tǒng)的完整性。

什么是高壓互鎖系統(tǒng)？

高壓互鎖系統(tǒng)（High Voltage Inter-lock，簡稱HVIL），也叫高壓互鎖回路系統(tǒng)（Hazardous Voltage InterlockLoop）。

HVIL 或高壓互鎖回路是混合動(dòng)力和全電動(dòng)汽車的一項(xiàng)安全功能，可在車輛組裝、維修、維護(hù)和操作期間保護(hù)人員。

HVIL 系統(tǒng)旨在保護(hù)在電動(dòng)汽車生命周期的任何階段可能接觸到高壓組件的任何人。

燃?xì)鈩?dòng)力車輛不需要 HVIL，因?yàn)樗鼈兊碾姎庀到y(tǒng)在低電壓下運(yùn)行，不會(huì)對操作員和維修技術(shù)人員構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)。但是混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車包括電池、電線、適配器和控制器的子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)在更高的功率水平下運(yùn)行，因此需要額外的安全功能。

HVIL 充當(dāng)一種斷路器，如果在車輛運(yùn)行期間高壓連接松動(dòng)、斷開或損壞，它會(huì)向駕駛員發(fā)送警報(bào)或故障代碼。HVIL 還有助于在發(fā)生事故時(shí)保護(hù)車輛的駕駛員和乘客。

其中高壓互鎖是指，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，檢測各個(gè)高壓系統(tǒng)回路的電氣連接完整性及連續(xù)性。

就理論上而言，低壓監(jiān)測回路要比高壓先接通、后斷開，且間隔一定的時(shí)長（比如150ms）。具體的高壓互鎖實(shí)現(xiàn)形式，不同項(xiàng)目有不同設(shè)計(jì)。

目前多采用集成在高壓線束連接器上的形式。即在高壓線束連接器上，額外多一組低壓回路用于檢測HVIL的回路完整性。

另一種高壓互鎖連接器形式設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。高壓互鎖結(jié)構(gòu)獨(dú)立于內(nèi)塑殼或有一個(gè)單獨(dú)的小連接器連接，通過2個(gè)連接器的先后安裝關(guān)系保證。(見下圖)

高壓互鎖的作用

作用1：在車輛上電之前，若檢測到電路不完整，則系統(tǒng)無法上電，避免因?yàn)樘摻拥葐栴}造成事故；

作用2：防止人為誤操作引發(fā)的安全事故。在高壓系統(tǒng)工作過程中，如果沒有高壓互鎖設(shè)計(jì)的存在，則手動(dòng)斷開高壓連接點(diǎn)時(shí)。

在斷開的瞬間，整個(gè)回路電壓將會(huì)全部加在斷點(diǎn)兩端，電壓擊穿空氣在兩個(gè)器件之間拉弧，時(shí)間雖短，但能量很高，可能對斷點(diǎn)周圍的人員和設(shè)備造成傷害。

作用3：檢測高壓回路松動(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)對措施的時(shí)間。

HVIL的工作原理

HVIL 使用連續(xù)的低壓回路來監(jiān)控電動(dòng)汽車 (EV) 中的所有高壓連接器和組件。如果低壓 HVIL 信號(hào)因任何原因中斷，則表明高壓系統(tǒng)存在需要解決的問題。

當(dāng) HVIL 電路出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)觸發(fā)診斷故障代碼，并且車輛控制面板上會(huì)出現(xiàn)警報(bào)，讓駕駛員知道他們應(yīng)該將車輛有問題，應(yīng)該及時(shí)送去維修。

與此同時(shí)，故障代碼還為維修技術(shù)人員提供了有關(guān)問題性質(zhì)的信息，以便技術(shù)人員可以避免任何與安全相關(guān)的問題。

高壓互鎖系統(tǒng)主要從以下兩方面進(jìn)行檢測和動(dòng)作：

1.由低壓系統(tǒng)檢測高壓系統(tǒng)中連接位置的連接狀態(tài)；

全部高壓連接器對接位置，都配合有高壓互鎖信號(hào)回路，但回路形式與高壓回路不具有必然的聯(lián)系。

也就是說，高壓上，電氣A和電氣B構(gòu)成一個(gè)完整回路。

但對于高壓互鎖，可能給A設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的互鎖信號(hào)回路，給B單獨(dú)設(shè)置一個(gè)互鎖信號(hào)回路；也可能把A和B的互鎖信號(hào)串聯(lián)在一個(gè)回路中。

2.低壓檢測回路的信息傳遞動(dòng)作必須領(lǐng)先于高壓回路斷開的動(dòng)作。

高壓回路內(nèi)以動(dòng)力電池包作為電源，低壓回路也需要一個(gè)檢測用的電源，讓低壓信號(hào)沿著閉合的低壓回路傳遞。

一旦低壓信號(hào)中斷，說明某一個(gè)高壓連接器有松動(dòng)或者脫落。

在上圖中體現(xiàn)的高壓互鎖信號(hào)回路的基礎(chǔ)上，按照整體策略，由監(jiān)測點(diǎn)或監(jiān)測回路，負(fù)責(zé)將高壓互鎖信號(hào)回路的狀態(tài)傳遞給VCU或者BMS，完成整車的下電操作。

系統(tǒng)組成

具備高壓互鎖功能的高壓連接器的組成部件有：低壓信號(hào)導(dǎo)電件、高壓導(dǎo)電件、殼體、和監(jiān)測線路及監(jiān)測器共同組成。

高壓互鎖結(jié)構(gòu)的一般實(shí)現(xiàn)方式是：在相互對插的一對公端和母端上，分別固定著一對低壓連接器和一對高壓連接器。

通過互鎖端子和主回路（高壓）端子的長度和位置差異，當(dāng)實(shí)現(xiàn)連接時(shí)，先連接高壓端子，再連接低壓端子；而當(dāng)斷開時(shí)，先斷開低壓端子，再斷開高壓端子。

完整安全解決方案的一部分

HVIL 只是電動(dòng)汽車安全用電綜合方法的一個(gè)方面。典型的電動(dòng)汽車內(nèi)部有數(shù)千個(gè)連接點(diǎn)。如果其中任何一個(gè)出現(xiàn)故障，結(jié)果可能是輕微的不便，也可能是危及生命的重大問題。

整個(gè)車輛的高壓連接器還提供防手指、觸摸安全的兩步斷開技術(shù)，以確保所有處理操作期間的最佳安全性。這些措施使得有人無法接觸金屬電觸點(diǎn)的任何內(nèi)部部分，從而保護(hù)可能會(huì)意外接觸斷開連接的消費(fèi)者或維修技術(shù)人員。

熔入式連接器和其他創(chuàng)新技術(shù)可確保如果電流尖峰達(dá)到潛在危險(xiǎn)水平，電池將與汽車的其余部分和充電器斷開連接，從而消除發(fā)生災(zāi)難性事件的任何可能性。

降低風(fēng)險(xiǎn)的另一種方法（即使電壓升高）是超過 OEM 設(shè)定的最高安全規(guī)范。大多數(shù)規(guī)格涵蓋 600V 至 750V 范圍內(nèi)的車輛，但連接器供應(yīng)商一般將其產(chǎn)品設(shè)計(jì)為1,000 伏。

HVIL 技術(shù)很重要，但對于 OEM 來說，在混合動(dòng)力或全電動(dòng)汽車的更大背景下看待 HVIL 也很重要，這些汽車是按照整個(gè)電氣基礎(chǔ)設(shè)施的最新安全和性能標(biāo)準(zhǔn)制造的。

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