电动汽车互锁检测优化设计

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摘要：随着纯电动汽车的发展，电动汽车的高压平台也出现多种多样。电动汽车发展的同时高压安全问题也愈发引起人们的关注。高压环路互锁安全保护方面，传统的电动汽车一般较为简单，这些简单保护机构在电动汽车高压零部件出现异常的时候往往不能及时有效的断开整车高压、或者在车辆的使用过程中误触发互锁故障，导致高速行车过程中存在车辆突然失去动力的安全风险，将会给人身安全带来极大的威胁。基于传统环路互锁保护方案，本文设计了一种新的电动汽车高压安全环路互锁信号检测方案，可以有效规避上述风险。

关键词：电动汽车；高压安全；环路互锁

1高压安全浅析

电动汽车上高压电器架构的组成部分主要有：动力电池、电机、电机控制器、DCDC、PTC、空调压缩机、高压盒、动力电缆等，电压平台多居于400VDC以上，工作电流几十数百安培不等。整车高压负载在工作过程中，必须具备一种可靠的高压安全保护装置保护人员安全。传统的高压回路保护主要采用高压环路互锁装置。

2整车高压环路互锁

根据国际相关标准规定，电动车辆上的所有高压零部件都应具有高压环路互锁装置，以确保车辆运行过程中的高压安全。高压环路互锁，指高压互锁回路（HighVoltageInter-lock，简称HVIL）；主要利用某一装置在特定环路中发送持续的低压检测信号，用来检查串联高压回路的完整性及连贯性，能够高效快捷地检测出高压回路中的异常断开，并传送故障至整车及时切断高压，以保证人员安全。一般来说，纯电动车辆使用的高压零部件或高压连接器结构上均带有低压信号检测回路机构（互锁机构）。高压零部件机构实现了高压设备端的互锁功能，连接器机构实现了高压线缆回路端的互锁功能。通过特定的低压回路将所有的设备端和线束端互锁机构串联起来，以一定的低压检测信号注入该回路中，从而形成一条环路互锁检测回路，串联了整车上的每一个高压节点。只有当该回路所有的高压零部件、高压连接器均插接到位，接触良好无损坏时，该回路才导通，互锁信号才可以被检测到，整车高压得以持续供给。当环路互锁出现故障时，检测回路会检测并上报故障，禁止高压上电或者断开整车高压。传统的环路互锁一般由VCU（整车控制器）发出低压检测信号，经过整车电池包、电机控制器、空调、DCDC、PTC、PDU等高压互锁环路，最终进入电池包内部由BMS（电池管理系统）进行检测。常用的检测回路主要缺点表现为：如果在行车过程中，互锁信号存在异常，检测回路能够检测出故障并迅速做出响应切断整车高压，整车会立即失去动力，驾驶员甚至来不及做出反应，对于高速行车来说存在追尾等重大安全风险。其次，如果互锁信号存在持续的接触不良现象，传统的检测回路不能有效滤除这种接触不良，从而会造成高压供电出现“打嗝”现象，同样也存在安全风险。

3环路互锁检测优化设计

为了规避上述传统环路互锁检测方案带来的弊端，本文基于传统方案的基础，设计实现了一种新型高压环路互锁方案。在传统的环路互锁检测回路中增加如上图所示的延时电路，其主要作用为了滤除互锁信号接触不良带来的高压回路瞬断“打嗝”现象。同时，故障状态下，该检测回路可以进行适当的检测延时，既能有效检测出环路互锁故障，又能给驾驶员提供必要的反应时间，避免无预警情况下瞬间断开整车高压的风险。新型高压环路互锁方案工作原理为：整车上电，VCU（整车控制器）发送低压环路互锁检测信号，信号经过整车各高压零部件串联起来的互锁环路最终进入BMS（电池管理系统），由BMS完成互锁信号监测。车辆在高速行驶过程中，如果环路互锁信号出现异常，电池管理系统会实时检测到，在若干个检测周期内若该互锁信号持续出现异常，则电池管理系统确认环路互锁故障真实存在，并上报整车控制器，等待接收整车控制器指令，同时仪表点亮故障灯，等待整车控制器识别环路互锁故障等级，根据故障等级发出断高压指令。电池管理系统接收到断高压指令之后，作适当延时确认，随后断开整车高压接触器，切断车辆动力输出。若电池管理系统持续未接受到断高压指令，而互锁故障又持续存在，则此时延时电路触发工作，延时适当时间后自行切断高压，此时间内驾驶人员拥有足够的反应时间来应对故障，可以确保安全。若回路中互锁信号出现异常抖动，则此时延时电路同样触发工作，可以有效滤除这种信号抖动，确保前端控制信号输出持续，从而确保高压不会出现“打嗝”风险。

4结论

本文基于市场上大多数纯电动汽车高压架构和特点，依照相关标准要求，优化设计了新型电动汽车高压环路互锁检测方案。通过与传统的高压环路互锁检测方案进行对比，文章提出了相对合理、可靠的检测原理和响应机制，对电动汽车高压环路互锁检测方案的设计具有一定的参考借鉴意义。

作者：王恒 单位：奇瑞新能源汽车技术有限公司