電動汽車互鎖檢測優(yōu)化設(shè)計

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摘要：隨著純電動汽車的發(fā)展，電動汽車的高壓平臺也出現(xiàn)多種多樣。電動汽車發(fā)展的同時高壓安全問題也愈發(fā)引起人們的關(guān)注。高壓環(huán)路互鎖安全保護(hù)方面，傳統(tǒng)的電動汽車一般較為簡單，這些簡單保護(hù)機構(gòu)在電動汽車高壓零部件出現(xiàn)異常的時候往往不能及時有效的斷開整車高壓、或者在車輛的使用過程中誤觸發(fā)互鎖故障，導(dǎo)致高速行車過程中存在車輛突然失去動力的安全風(fēng)險，將會給人身安全帶來極大的威脅?；趥鹘y(tǒng)環(huán)路互鎖保護(hù)方案，本文設(shè)計了一種新的電動汽車高壓安全環(huán)路互鎖信號檢測方案，可以有效規(guī)避上述風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：電動汽車；高壓安全；環(huán)路互鎖

1高壓安全淺析

電動汽車上高壓電器架構(gòu)的組成部分主要有：動力電池、電機、電機控制器、DCDC、PTC、空調(diào)壓縮機、高壓盒、動力電纜等，電壓平臺多居于400VDC以上，工作電流幾十?dāng)?shù)百安培不等。整車高壓負(fù)載在工作過程中，必須具備一種可靠的高壓安全保護(hù)裝置保護(hù)人員安全。傳統(tǒng)的高壓回路保護(hù)主要采用高壓環(huán)路互鎖裝置。

2整車高壓環(huán)路互鎖

根據(jù)國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電動車輛上的所有高壓零部件都應(yīng)具有高壓環(huán)路互鎖裝置，以確保車輛運行過程中的高壓安全。高壓環(huán)路互鎖，指高壓互鎖回路（HighVoltageInter-lock，簡稱HVIL）；主要利用某一裝置在特定環(huán)路中發(fā)送持續(xù)的低壓檢測信號，用來檢查串聯(lián)高壓回路的完整性及連貫性，能夠高效快捷地檢測出高壓回路中的異常斷開，并傳送故障至整車及時切斷高壓，以保證人員安全。一般來說，純電動車輛使用的高壓零部件或高壓連接器結(jié)構(gòu)上均帶有低壓信號檢測回路機構(gòu)（互鎖機構(gòu)）。高壓零部件機構(gòu)實現(xiàn)了高壓設(shè)備端的互鎖功能，連接器機構(gòu)實現(xiàn)了高壓線纜回路端的互鎖功能。通過特定的低壓回路將所有的設(shè)備端和線束端互鎖機構(gòu)串聯(lián)起來，以一定的低壓檢測信號注入該回路中，從而形成一條環(huán)路互鎖檢測回路，串聯(lián)了整車上的每一個高壓節(jié)點。只有當(dāng)該回路所有的高壓零部件、高壓連接器均插接到位，接觸良好無損壞時，該回路才導(dǎo)通，互鎖信號才可以被檢測到，整車高壓得以持續(xù)供給。當(dāng)環(huán)路互鎖出現(xiàn)故障時，檢測回路會檢測并上報故障，禁止高壓上電或者斷開整車高壓。傳統(tǒng)的環(huán)路互鎖一般由VCU（整車控制器）發(fā)出低壓檢測信號，經(jīng)過整車電池包、電機控制器、空調(diào)、DCDC、PTC、PDU等高壓互鎖環(huán)路，最終進(jìn)入電池包內(nèi)部由BMS（電池管理系統(tǒng)）進(jìn)行檢測。常用的檢測回路主要缺點表現(xiàn)為：如果在行車過程中，互鎖信號存在異常，檢測回路能夠檢測出故障并迅速做出響應(yīng)切斷整車高壓，整車會立即失去動力，駕駛員甚至來不及做出反應(yīng)，對于高速行車來說存在追尾等重大安全風(fēng)險。其次，如果互鎖信號存在持續(xù)的接觸不良現(xiàn)象，傳統(tǒng)的檢測回路不能有效濾除這種接觸不良，從而會造成高壓供電出現(xiàn)“打嗝”現(xiàn)象，同樣也存在安全風(fēng)險。

3環(huán)路互鎖檢測優(yōu)化設(shè)計

為了規(guī)避上述傳統(tǒng)環(huán)路互鎖檢測方案帶來的弊端，本文基于傳統(tǒng)方案的基礎(chǔ)，設(shè)計實現(xiàn)了一種新型高壓環(huán)路互鎖方案。在傳統(tǒng)的環(huán)路互鎖檢測回路中增加如上圖所示的延時電路，其主要作用為了濾除互鎖信號接觸不良帶來的高壓回路瞬斷“打嗝”現(xiàn)象。同時，故障狀態(tài)下，該檢測回路可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋z測延時，既能有效檢測出環(huán)路互鎖故障，又能給駕駛員提供必要的反應(yīng)時間，避免無預(yù)警情況下瞬間斷開整車高壓的風(fēng)險。新型高壓環(huán)路互鎖方案工作原理為：整車上電，VCU（整車控制器）發(fā)送低壓環(huán)路互鎖檢測信號，信號經(jīng)過整車各高壓零部件串聯(lián)起來的互鎖環(huán)路最終進(jìn)入BMS（電池管理系統(tǒng)），由BMS完成互鎖信號監(jiān)測。車輛在高速行駛過程中，如果環(huán)路互鎖信號出現(xiàn)異常，電池管理系統(tǒng)會實時檢測到，在若干個檢測周期內(nèi)若該互鎖信號持續(xù)出現(xiàn)異常，則電池管理系統(tǒng)確認(rèn)環(huán)路互鎖故障真實存在，并上報整車控制器，等待接收整車控制器指令，同時儀表點亮故障燈，等待整車控制器識別環(huán)路互鎖故障等級，根據(jù)故障等級發(fā)出斷高壓指令。電池管理系統(tǒng)接收到斷高壓指令之后，作適當(dāng)延時確認(rèn)，隨后斷開整車高壓接觸器，切斷車輛動力輸出。若電池管理系統(tǒng)持續(xù)未接受到斷高壓指令，而互鎖故障又持續(xù)存在，則此時延時電路觸發(fā)工作，延時適當(dāng)時間后自行切斷高壓，此時間內(nèi)駕駛?cè)藛T擁有足夠的反應(yīng)時間來應(yīng)對故障，可以確保安全。若回路中互鎖信號出現(xiàn)異常抖動，則此時延時電路同樣觸發(fā)工作，可以有效濾除這種信號抖動，確保前端控制信號輸出持續(xù)，從而確保高壓不會出現(xiàn)“打嗝”風(fēng)險。

4結(jié)論

本文基于市場上大多數(shù)純電動汽車高壓架構(gòu)和特點，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，優(yōu)化設(shè)計了新型電動汽車高壓環(huán)路互鎖檢測方案。通過與傳統(tǒng)的高壓環(huán)路互鎖檢測方案進(jìn)行對比，文章提出了相對合理、可靠的檢測原理和響應(yīng)機制，對電動汽車高壓環(huán)路互鎖檢測方案的設(shè)計具有一定的參考借鑒意義。

作者：王恒 單位：奇瑞新能源汽車技術(shù)有限公司