【面包车高压怎么控制】高压线束中高压联锁装置的功能、原理及应用

线束砖家

如果国家标准定义电压超过60 V，则定义为高压电，与传统汽油汽车使用12 V低压系统相比，电动车使用220 V高压电气系统，高压电流随时为车辆提供足够的动力，同时测试车辆高压电器的使用安全性。

高压线束为了保护可能发生的高压电气损伤，采取了多种保护措施，其中高压线束连接器的高压互锁装置是非常重要的保护措施之一。本文将从高压互锁的定义、工作原理、相关插件的设计思路、应用等几个方面进行浅析。

1 高压互锁的定义和作用

1)如《ISO6469》国际标准所述，电动车(包括BEV、PHEV等车辆)的高压部件(和连接器)必须有高压互锁装置。

2)高压互锁(High Voltage Interlock Loop)使用12V的小电流来确认整个高压电气系统的完整性。车辆上的所有高压部件和线束连接器都必须安装到位，没有短路或断路。如果控制器检测到HVIL环路中断或完整性受损，则必须启动必要的安全措施。

3) BMS在检测HVIL电路断线和判断车辆系统危险时，根据当时车辆情况选择必要的其他安全措施。

故障警报。仪表警示灯亮起或警报声响起等，警告司机车辆情况，尽快将车辆送到专业修理店检查，避免安全事故。

切断高压电输出。当车辆处于静止状态时，BMS会检测HVIL分离，除了必要的警告外，还会直接切断高压电输出，使车辆无法启动，从而最大限度地提高乘客的安全。

降低高压输出功率。车辆处于行驶状态时，BMS检测HVIL断流，直接切断高压电输出，可能会造成严重且无法控制的后果。此时，除了提醒司机必要的警示灯/警报声外，高压控制系统还会强制降低电机的输出功率，强制降低车速，使车辆始终处于减速运行状态。给司机足够的时间和机会找到合适的地方停车。(约翰f肯尼迪，Northern Exposure(美国电视剧)，)如果司机在停车后没有及时对车辆进行检查修理，则下次启动车辆时，BMS将直接切断上述高压电力，直接实施措施以确保用户和车辆的安全。(大卫亚设)。

2 高压互锁的系统原理

1)一般电动车使用的高压部件包括电池组、车辆充电器、电力驱动装置和控制电子系统、高压加热装置(PTC)、空调压缩机等家电。

2)高压互锁电路如图1所示。只有在互锁回路形成完整闭环的情况下，BMS才可以在判断车辆高压部件状态正常的情况下打开高压电源。电路中断时，将触发HVIL的分离信号，BMS将在毫秒级时间内切断高压电，以确保用户安全。

3)除了车辆因事故或碰撞等因素导致HVIL环路中断外，断开服务插头还可能导致HVIL环路中断。服务分离插头是低压连接器，修理电动车车辆时，为了安全保证，必须先断开服务插头。也就是说，必须断开HVIL电路，停止高压电器的输出，才能维修车辆。

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集成在高压线束连接器上。也就是说，高压线束插件使用附加低压电路集来检测HVIL的电路完整性。

1)图2是比较常见的高压联锁结构。

高压互锁结构包含在插件内部，通过互锁终端和主电路(高压)终端的长度和位置差异进行连接时，首先连接高压终端，然后连接低压终端。断开连接时，首先断开低压终端，然后断开高压终端。这个设计的优点是设计紧凑，体积小。

高压和互锁终端连接顺序如图3所示，高压和互锁终端断开顺序如图4所示。

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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。

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 动力电池系统高压互锁设计与原理

6 BMS里面的高压互锁（HVIL）电路

高压互锁（High Voltage Interlock Loop）功能也是BMS上面的一个重要功能，其他高压控制器上面也会有这个功能，例如VCU等；它的作用是用来检测高压回路中高压连接器的连接状态，识别高压连接器未连接或意外断开的故障；如下图（图片来源于特斯拉诊断手册），图中红线的环路就是高压互锁环路，它把系统中的相关高压连接器全部串联起来，同时检测它们的连接状态。

HVIL的实现首先依靠连接器自身的结构。高压连接器在内部集成了HVIL接口。如下图所示（图片来源于网络），高压连接器除了自身的高压大电流接口外，还集成了一个HVIL接口；原理很简单，HVIL接口有两个PIN脚，当高压连接器插合后，两个PIN成短路状态；当高压连接器断开后，这两个PIN脚成开路状态。HVIL功能就是通过检测这两个PIN脚的通断来实现。

同样的，高压维修开关（MSD）也集成了HVIL接口，如下图（图片来源于网络）。

高压连接器中的HVIL接口与高压大电流接口在插入或拔出时，有个时间差，如下图所示；当连接器插入时，高压端子先接触，HVIL端子后接触，时间差为Δt1；当连接器拔出时，HVIL端子先断开，高压端子后断开，时间差为Δt2；这样的话HVIL端子就能确保高压端子已经可靠连接或提前预判其意外断开。

上面的两个时间差一般与插入或者拔出的速度有关，之前有大概测试过，Δt1大概有1s左右，而Δt2大概有100ms左右，时间不是很精确，但量级差不多。

接下来简单介绍HVIL检测电路，一般分为两种，直流源方案与PWM方案。如下图，左图为直流源方案简图，右图为PWM方案简图。在左图中，外部施加一个直流源在整个HVIL环路上面，通过检测V1\V2处的电压，来诊断高压连接器状态；同理，在右图中，引入了一个可控的开关，同样还是检测V1\V2处的电压，不过通过控制开关，可以得到两组值，用来识别出更多的状态；

实际的HVIL检测电路更复杂，首先要定好需要检测的故障类型，然后根据故障类型设计检测电路；故障类型有断路、短路到地、短路到电源、回路阻抗变大等。这一块可以去搜索专利，能搜到很多方案实现电路。

高压互锁诊断是作为一项重要的安全机制落在BMS的安全目标中的，一旦诊断出故障后，BMS要进入安全状态。这其中又要对整车场景进行细分，不同场景下、安全状态是完全不同的；例如充电场景、行车场景、启动场景，大家也可以去搜一下相关信息，介绍的很详细。

总结：

本文一如既往地作为前置挖坑文，简单介绍了HVIL的概念，后面有机会再深入地分析HVIL检测电路。大部分情况下，HVIL电路是一个系统电路，它遍历所有主要的高压接口，由主机厂来定义检测范围，HVIL功能难点在于发现故障后的处理策略，也是核心。以上所有，仅供参考。

参考素材：汽车电器