電動(dòng)汽車互鎖檢測(cè)優(yōu)化設(shè)計(jì)

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摘要：隨著純電動(dòng)汽車的發(fā)展，電動(dòng)汽車的高壓平臺(tái)也出現(xiàn)多種多樣。電動(dòng)汽車發(fā)展的同時(shí)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(dòng)汽車一般較為簡單，這些簡單保護(hù)機(jī)構(gòu)在電動(dòng)汽車高壓零部件出現(xiàn)異常的時(shí)候往往不能及時(shí)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(dòng)力的安全風(fēng)險(xiǎn)，將會(huì)給人身安全帶來極大的威脅。基于傳統(tǒng)環(huán)路互鎖保護(hù)方案，本文設(shè)計(jì)了一種新的電動(dòng)汽車高壓安全環(huán)路互鎖信號(hào)檢測(cè)方案，可以有效規(guī)避上述風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；高壓安全；環(huán)路互鎖

1高壓安全淺析

電動(dòng)汽車上高壓電器架構(gòu)的組成部分主要有：動(dòng)力電池、電機(jī)、電機(jī)控制器、DCDC、PTC、空調(diào)壓縮機(jī)、高壓盒、動(dòng)力電纜等，電壓平臺(tái)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(dòng)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(yùn)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(cè)信號(hào)，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(cè)出高壓回路中的異常斷開，并傳送故障至整車及時(shí)切斷高壓，以保證人員安全。一般來說，純電動(dòng)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(hào)檢測(cè)回路機(jī)構(gòu)（互鎖機(jī)構(gòu)）。高壓零部件機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高壓設(shè)備端的互鎖功能，連接器機(jī)構(gòu)實(shí)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(jī)構(gòu)串聯(lián)起來，以一定的低壓檢測(cè)信號(hào)注入該回路中，從而形成一條環(huán)路互鎖檢測(cè)回路，串聯(lián)了整車上的每一個(gè)高壓節(jié)點(diǎn)。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(shí)，該回路才導(dǎo)通，互鎖信號(hào)才可以被檢測(cè)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(shí)，檢測(cè)回路會(huì)檢測(cè)并上報(bào)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(cè)信號(hào)，經(jīng)過整車電池包、電機(jī)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(cè)。常用的檢測(cè)回路主要缺點(diǎn)表現(xiàn)為：如果在行車過程中，互鎖信號(hào)存在異常，檢測(cè)回路能夠檢測(cè)出故障并迅速做出響應(yīng)切斷整車高壓，整車會(huì)立即失去動(dòng)力，駕駛員甚至來不及做出反應(yīng)，對(duì)于高速行車來說存在追尾等重大安全風(fēng)險(xiǎn)。其次，如果互鎖信號(hào)存在持續(xù)的接觸不良現(xiàn)象，傳統(tǒng)的檢測(cè)回路不能有效濾除這種接觸不良，從而會(huì)造成高壓供電出現(xiàn)“打嗝”現(xiàn)象，同樣也存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

3環(huán)路互鎖檢測(cè)優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了規(guī)避上述傳統(tǒng)環(huán)路互鎖檢測(cè)方案帶來的弊端，本文基于傳統(tǒng)方案的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)實(shí)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(cè)回路中增加如上圖所示的延時(shí)電路，其主要作用為了濾除互鎖信號(hào)接觸不良帶來的高壓回路瞬斷“打嗝”現(xiàn)象。同時(shí)，故障狀態(tài)下，該檢測(cè)回路可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋z測(cè)延時(shí)，既能有效檢測(cè)出環(huán)路互鎖故障，又能給駕駛員提供必要的反應(yīng)時(shí)間，避免無預(yù)警情況下瞬間斷開整車高壓的風(fēng)險(xiǎn)。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(cè)信號(hào)，信號(hào)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(hào)監(jiān)測(cè)。車輛在高速行駛過程中，如果環(huán)路互鎖信號(hào)出現(xiàn)異常，電池管理系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)到，在若干個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)若該互鎖信號(hào)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(shí)存在，并上報(bào)整車控制器，等待接收整車控制器指令，同時(shí)儀表點(diǎn)亮故障燈，等待整車控制器識(shí)別環(huán)路互鎖故障等級(jí)，根據(jù)故障等級(jí)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(shí)確認(rèn)，隨后斷開整車高壓接觸器，切斷車輛動(dòng)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(shí)延時(shí)電路觸發(fā)工作，延時(shí)適當(dāng)時(shí)間后自行切斷高壓，此時(shí)間內(nèi)駕駛?cè)藛T擁有足夠的反應(yīng)時(shí)間來應(yīng)對(duì)故障，可以確保安全。若回路中互鎖信號(hào)出現(xiàn)異常抖動(dòng)，則此時(shí)延時(shí)電路同樣觸發(fā)工作，可以有效濾除這種信號(hào)抖動(dòng)，確保前端控制信號(hào)輸出持續(xù)，從而確保高壓不會(huì)出現(xiàn)“打嗝”風(fēng)險(xiǎn)。

4結(jié)論

本文基于市場(chǎng)上大多數(shù)純電動(dòng)汽車高壓架構(gòu)和特點(diǎn)，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)了新型電動(dòng)汽車高壓環(huán)路互鎖檢測(cè)方案。通過與傳統(tǒng)的高壓環(huán)路互鎖檢測(cè)方案進(jìn)行對(duì)比，文章提出了相對(duì)合理、可靠的檢測(cè)原理和響應(yīng)機(jī)制，對(duì)電動(dòng)汽車高壓環(huán)路互鎖檢測(cè)方案的設(shè)計(jì)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