單黎婷，胡立芳，陸 敏，沈俊杰

（1.上汽大眾汽車有限公司，上海 201804；2.蘇州波特尼電氣系統(tǒng)有限公司，江蘇 蘇州 215211）

近幾年隨著國家對環(huán)境的日益關(guān)注，從政策上對新能源汽車行業(yè)提供了強(qiáng)有力的支持和推動，電動汽車從產(chǎn)量和銷量都呈現(xiàn)大幅上漲的態(tài)勢，越來越多的人開始接受并使用電動車作為日常出行的交通工具。

國家標(biāo)準(zhǔn)定義電壓超過60 V就被定義為高壓電，和傳統(tǒng)汽油車使用12 V低電壓系統(tǒng)相比，電動車使用了220 V高壓電氣系統(tǒng)，高電壓電流在隨時提供車輛足夠動力的同時，也考驗著車載高壓用電器的使用安全。

高壓線束采用多種防護(hù)措施來保障可能發(fā)生的高壓電傷害現(xiàn)象，其中高壓線束接插件的高壓互鎖裝置就是其中一項非常重要的防護(hù)措施。本文將從高壓互鎖的定義、工作原理、相關(guān)接插件的設(shè)計思路、應(yīng)用等多方面來進(jìn)行淺析。

1 高壓互鎖的定義和作用

1)根據(jù)《ISO6469》國際標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的，電動車(包括BEV、PHEV等車型)的高壓部件 (及其接插件)都應(yīng)具有高壓互鎖裝置。

2)高壓互鎖 (High Voltage Interlock Loop)，其作用是使用12V的小電流來確認(rèn)整個高壓電氣系統(tǒng)的完整性，整車所有的高壓部件和線束接插件都必須安裝到位，無短路或斷路的情況。當(dāng)控制器檢測到HVIL回路斷開或是完整性受到破壞時，需要啟動必要的安全措施。

3)BMS在檢測到HVIL回路斷開，判斷車輛系統(tǒng)存在風(fēng)險時，會根據(jù)當(dāng)時的車輛情況，選擇不同的必要安全措施。①故障報警。常通過儀表警告燈亮起或發(fā)出警告鳴聲等形式提醒駕駛員注意車輛情況，盡早將車輛送至專業(yè)維修點(diǎn)檢測，避免發(fā)生安全事故。②切斷高壓電輸出。當(dāng)車輛處于停止?fàn)顟B(tài)，BMS檢測到HVIL斷開，除了進(jìn)行必要的警告外，還會直接切斷高壓電輸出，使車輛無法啟動，最大限度地保障乘客安全。③降低高壓輸出功率。當(dāng)車輛處于行駛狀態(tài)下，BMS檢測到HVIL斷開，直接切斷高壓電輸出會產(chǎn)生嚴(yán)重的、不可控的后果。此時，除了進(jìn)行必要的警告燈/警告音提醒駕駛員外，高壓控制系統(tǒng)將強(qiáng)制降低電機(jī)的輸出功率，強(qiáng)制降低車速，使車輛始終處于一個降低速的運(yùn)行狀態(tài)下，給駕駛員足夠的時間和機(jī)會尋找合適的地點(diǎn)停車。如駕駛員在停車后未及時將車輛送檢維修，那么在下次啟動車輛時，BMS將會直接實(shí)施上文提及的直接切斷高壓電的措施，用以保障用戶及車輛安全。

2 高壓互鎖的系統(tǒng)原理

1)一般電動車使用的高壓部件有：電池包、車載充電裝置、電驅(qū)動裝置及控制電子系統(tǒng)、高電壓加熱裝置(PTC)、空調(diào)壓縮機(jī)等用電器。

2)高壓互鎖回路如圖1所示。只有當(dāng)互鎖回路形成了一個完整的閉環(huán)，BMS認(rèn)為車輛的高壓部件狀態(tài)正常，才會允許接通高壓電源。當(dāng)回路遭到斷開，觸發(fā)HVIL的斷開信號，BMS將在毫秒級時間內(nèi)斷開高壓電，確保用戶安全。

3)除了車輛由于意外或碰撞等因素導(dǎo)致HVIL回路斷開外，斷開服務(wù)插頭 (Service Disconnect Stecker)也會導(dǎo)致HVIL回路斷路。服務(wù)斷開插頭是低壓接插件，在電動車車輛維修時，作為安全保障，維修人員需要先行斷開服務(wù)插頭，即將HVIL回路斷開，停止高壓電的輸出后，才能進(jìn)行車輛維修。

圖1 高壓互鎖回路

3 線束接插件的互鎖結(jié)構(gòu)

目前市面上的高壓互鎖設(shè)計大多是集成于高壓線束接插件。即在高壓線束接插件上，額外多一組低壓回路用于檢測HVIL的回路完整性。

1)圖2是比較常見的高壓互鎖結(jié)構(gòu)。

高壓互鎖結(jié)構(gòu)包含在接插件內(nèi)部，通過互鎖端子和主回路 (高壓)端子的長度和位置差異，實(shí)現(xiàn)連接時，先連接高壓端子，再連接低壓端子；斷開時，先斷開低壓端子，再斷開高壓端子。該設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計緊湊，體積小。

圖2 高壓互鎖結(jié)構(gòu)

高壓及互鎖端子連接順序可見圖3，高壓及互鎖端子斷開順序可見圖4。

圖3 高壓和互鎖端子連接過程示意圖

2)圖5是另一種高壓互鎖接插件。

高壓互鎖結(jié)構(gòu)獨(dú)立于內(nèi)塑殼或有一個單獨(dú)的小連接器連接，通過2個連接器的先后安裝關(guān)系保證。此設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)是方便主體塑殼結(jié)構(gòu)擴(kuò)展定制，缺點(diǎn)是設(shè)計復(fù)雜。

高壓及互鎖端子斷開順序可見圖6。

4 高壓互鎖的設(shè)計結(jié)構(gòu)的輸入及測試項目

高壓互鎖的設(shè)計結(jié)構(gòu)的輸入：高壓互鎖集成在接插件中，一般是遵循已有的對配公端安裝界面進(jìn)行定義設(shè)計。

圖6 高壓和互鎖端子斷開過程示意圖

如果在沒有任何參考對配公端界面的情況下，最少通過以下2個輸入條件決定高壓互鎖結(jié)構(gòu)的設(shè)計：①接插件的外形輪廓尺寸要求，從而確定能夠選擇的最小端子系列及其接插位置；②接插件安裝位置的環(huán)境溫度，從而確定端子所使用的鍍層類型。

高壓互鎖設(shè)計結(jié)構(gòu)的一般測試內(nèi)容：①高壓互鎖端子初態(tài)接觸電阻；②高壓互鎖端子環(huán)境老化測試后的接觸電阻；③在接插件裝配狀態(tài)下，高壓互鎖端子的接觸深度，以及高壓互鎖端子分離后，主回路端子的接觸深度。

5 總結(jié)

高壓互鎖作為高壓電動車非常重要的防護(hù)措施之一，線束工程師在設(shè)計和使用時需要重點(diǎn)關(guān)注。理解高壓接插件的定義、工作原理和應(yīng)用等信息，將為線束工程師提供一些工作思路。