電動汽車互鎖檢測優(yōu)化設計

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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)引起人們的關注。高壓環(huán)路互鎖安全保護方面，傳統(tǒng)的電動汽車一般較為簡單，這些簡單保護機構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，導致高速行車過程中存在車輛突然失去動力的安全風險，將會給人身安全帶來極大的威脅?；趥鹘y(tǒng)環(huán)路互鎖保護方案，本文設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)避上述風險。

關鍵詞：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的組成部分主要有：動力電池、電機、電機控制器、DCDC、PTC、空調壓縮機、高壓盒、動力電纜等，電壓平臺多居于400VDC以上，工作電流幾十數(shù)百安培不等。整車高壓負載在工作過程中，必須具備一種可靠的高壓安全保護裝置保護人員安全。傳統(tǒng)的高壓回路保護主要采用高壓環(huán)路互鎖裝置。

2整車高壓環(huán)路互鎖

根據(jù)國際相關標準規(guī)定，電動車輛上的所有高壓零部件都應具有高壓環(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構上均帶有低壓信號檢測回路機構（互鎖機構）。高壓零部件機構實現(xiàn)了高壓設備端的互鎖功能，連接器機構實現(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備端和線束端互鎖機構串聯(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，該回路才導通，互鎖信號才可以被檢測到，整車高壓得以持續(xù)供給。當環(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、DCDC、PTC、PDU等高壓互鎖環(huán)路，最終進入電池包內部由BMS（電池管理系統(tǒng)）進行檢測。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，對于高速行車來說存在追尾等重大安全風險。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，同樣也存在安全風險。

3環(huán)路互鎖檢測優(yōu)化設計

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，設計實現(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，該檢測回路可以進行適當?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時間，避免無預警情況下瞬間斷開整車高壓的風險。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若該互鎖信號持續(xù)出現(xiàn)異常，則電池管理系統(tǒng)確認環(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，作適當延時確認，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，延時適當時間后自行切斷高壓，此時間內駕駛人員擁有足夠的反應時間來應對故障，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”風險。

4結論

本文基于市場上大多數(shù)純電動汽車高壓架構和特點，依照相關標準要求，優(yōu)化設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)路互鎖檢測方案進行對比，文章提出了相對合理、可靠的檢測原理和響應機制，對電動汽車高壓環(huán)路互鎖檢測方案的設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有限公司