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高壓互鎖連接器由帶有卡槽的插頭扳手、帶有導向槽的二次鎖和高壓互鎖微動開關組成互鎖機構。新能源行業(主要是汽車)對連接器的行業應用要求比較高,高壓互鎖結構避免了高壓接插件開斷過程中產生電弧的現象,延長了互鎖機構的使用壽命,有效防止了誤操作造成的觸電危險,確保維修安全。

電動汽車高壓系統的風險點之一,是突然斷電,汽車失去動力。可能造成汽車失去動力的原因有幾種,其中之一就是高壓回路自動松脫。高壓互鎖可以監測到這種跡象,并在高壓斷電之前給整車控制器提供報警信息,預留整車系統采取應對措施的時間。

高壓互鎖(簡稱HVIL),用低壓信號監視高壓回路完整性的一種安全設計方法。理論上,低壓監測回路比高壓先接通,后斷開,中間保持必要的提前量,時間長短可以根據項目具體情形確定。具體的高壓互鎖實現形式,不同項目可能有不同設計。監測目標是高壓連接器這類要求人力操作實現電路接通還是斷開的電氣接口元件。

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HVIL連接器工作原理

具備高壓互鎖功能的高壓連接器,由殼體、高壓導電件、低壓信號導電件和監測器及監測線路共同組成。高壓互鎖連接器,一般實現方式是,對插的一對公頭、母頭上,分別固定著一對高壓接插件和一對低壓接插件。高壓斷開狀態,低壓回路被切斷;高壓連接狀態,低壓回路的斷點被短接,形成完整回路。

高圧互鎖回路設計原理

全部高壓連接器對接位置,都配合有高壓互鎖信號回路,但回路形式與高壓回路不具有必然的聯系。也就是說,高壓上,電氣A和電氣B構成一個完整回路。但高壓互鎖,可能給A設置一個單獨的互鎖信號回路,給B單獨設置一個互鎖信號回路;也可能把A和B的互鎖信號串聯在一個回路中。

高壓回路內以動力電池包作為電源,低壓回路也需要一個檢測用電源,讓低壓信號沿著閉合的低壓回路傳遞。一旦低壓信號中斷,說明某一個高壓連接器有松動或者脫落。高壓互鎖原理圖如下。在下面圖片體現的高壓互鎖信號回路基礎上,按照整體策略,設計監測點或者監測回路,負責將高壓互鎖信號回路的狀態傳遞給VCU或者BMS。

高壓互鎖回路的組成

高壓互鎖技術的實現,需要如下設備共同完成:高壓互鎖連接器及高低壓導線,閉合的低壓電源信號周轉回路,高壓互鎖監測回路及監測器(監測模塊可以在電池管理系統BMS上,也可以在整車控制器VCU上,或者二者分別具備監測功能),直接受高壓互鎖監測信號控制的高壓繼電器(如果有),VCU根據高壓互鎖監測結果控制的高壓繼電器。

高壓互鎖監測器分為兩種,一種是監測高壓回路是否完整連接,另一種是監測高壓電氣外殼是否就位。兩種監測器分別用在不同的高壓互鎖系統中,不能混用。

高壓互鎖回路設計原則

由于電動車動力系統是由多個子系統組成的,他們兩兩之間都是靠高壓連接器相互連接,同時運行的環境十分惡劣,大多數工況處在振動與沖擊條件下,因此高壓互鎖設計是確保人員安全和車輛設備安全運行的關鍵。總體來看,電動汽車高壓互鎖回路設計須遵循以下原則:

1)HVIL回路必須能夠有效、實時、連續地監測整個高壓回路的通/斷情況;

2)所有高壓連接器應具備機械互鎖裝置,并且只有HVIL回路先行斷開以后才能接通連接器;

3)所有高壓連接器在非人為的情況下,不能被接通或斷開;

4)HVIL回路應具備在某種特殊情況下,可以直接通過BMS檢測HVIL回路,直接斷開高壓回路;

5)無論電動汽車在任何狀態,HVIL在識別到危險時,車輛必須對危險情況做出報警提示,需要儀表或指示器以聲或光報警的形式提醒駕駛員。

高壓互鎖回路結構

1、純電動汽車(EV)高壓互鎖回路

與傳統車相比,EV車輛新增電機、電機控制器、DC/DC、高壓動力電池、高壓壓縮機等高壓用電或供電裝置。

GB/T 18384.1-2015,GB/T18384.2-2015, GB/T18384.3-2015《電動汽車安全要求》等相應的法規要求:純電動車高壓系統中的電器元件應具絕緣防護性,可以通過絕緣、遮攔、外殼和金屬網板等一些防護裝置來防止直接接觸。防護裝置應牢固可靠,并耐機械沖擊。防護裝置只能通過專業工具或維修鑰匙打開或去掉而進行相應的維修、維護。而高壓連接器非人為自行斷開都不應導致車輛產生危險。

2、插電混合動力汽車(PHEV)高壓互鎖回路

1)互鎖線束應從各高壓零部件低壓接口引出且與高壓線束分開布置;

2)高壓互鎖回路中各高壓器件的串聯順序應按下圖所示進行。

3、混合動力汽車(HEV)高壓互鎖回路

按照GB/T 19751《混合動力電動汽車安全要求》、GB/T 18384.1《電動汽車安全要求第1部分:車載儲能裝置》、GB/T 18384.2《電動汽車安全要求第2部分:功能安全和故障防護》、GB/T18384.3《電動汽車安全要求第3部分:人員觸電防護》法規要求,HEV動力電路系統的帶電部件,應通過絕緣或使用蓋、防護欄、金屬網板等來防止直接接觸。這些防護裝置應牢固可靠,并耐機械沖擊。在不使用工具或無意識的情況下,它們不能被打開、分離或移開。而且電氣聯接件任何不期望的斷開都不應導致車輛產生危險。