HVIL в электромобилях

Как новая тенденция, новые энергетические электромобили постепенно входят в нашу жизнь.

Согласно данным о продажах, все больше людей используют электромобили для замены традиционных автомобилей.

Существует множество интересных технологий, применяемых на новых энергетических электромобилях, HVIL — одна из них.

В этой статье мы рассмотрим HVIL со следующих сторон.

1. Что такое HVIL?

HVIL (высоковольтная блокировка) — это защитная функция, которая использует низковольтную петлю для контроля целостности высоковольтной цепи.

Система HVIL предназначена для защиты людей, которые могут контактировать с высоковольтными компонентами электромобилей.

Основными электрическими компонентами, используемыми в высоковольтном контуре блокировки электромобиля, являются разъем HVIL и ручной сервисный разъединитель (разъем MSD).

2. Почему электромобили нуждаются в HVIL?

С точки зрения безопасности системы, каждый возможный риск должен контролироваться соответствующей технологией для снижения вероятности его возникновения.

Один из рисков, связанных с электромобилями, — внезапное отключение электроэнергии. Сбой питания может привести к потере мощности автомобиля.

HVIL действует как прерыватель цепи, который подает сигнал тревоги водителю, если высоковольтное соединение ослабевает, отсоединяется или повреждается во время работы электромобиля.

Еще один риск, связанный с электромобилями, — человеческий фактор.

Во время эксплуатации высоковольтной системы очень опасно вручную отключать точки подключения высокого напряжения.

В момент отключения напряжение всей цепи подается на оба конца точки отключения.

Это переходное напряжение может пробиться сквозь воздух и нанести ущерб окружающим людям и оборудованию.

3. Принцип ХВИЛ

В конструкции высоковольтной блокировки необходимо учитывать два аспекта.

• Как низковольтная цепь может полностью определить состояние подключения каждой точки подключения во всей высоковольтной цепи.
• Как сделать так, чтобы низковольтная цепь завершила передачу информации до отключения высоковольтной цепи.

Давайте начнем с этих двух аспектов.

3.1 Принцип построения цепи высоковольтной блокировки

Все стыковочные клеммы высоковольтных разъемов оснащены сигнальными клеммами низкого напряжения.

В системе HVIL низковольтная сигнальная цепь и высоковольтная цепь независимы друг от друга.

Например, при высоком напряжении электропроводка A и электропроводка B вместе образуют полную цепь.

• Мы можем установить отдельную цепь низковольтного сигнала для каждого из электрических цепей A и B.
• Мы также можем последовательно соединить низковольтные сигнальные цепи Электрика А и Электрика В.

Как показано ниже.

Высоковольтная цепь использует блок питания в качестве источника питания.

В низковольтной цепи имеется низковольтный источник питания, позволяющий сигналу проходить по низковольтной цепи.

Если сигнал низкого напряжения прерывается, это означает, что один из высоковольтных разъемов ослаблен или отсоединен.

Компоненты цепи высоковольтной блокировки

Реализация технологии высоковольтной блокировки требует совместной работы следующих устройств:

• Соединители HVIL и проводники высокого/низкого напряжения
• Замкнутая сигнальная цепь низкого напряжения
• Цепи и мониторы контроля высоковольтной блокировки (модуль контроля может находиться в BMS или VCU, или оба модуля имеют функции контроля по отдельности)
• Высоковольтное реле напрямую управляется сигналом контроля высоковольтной блокировки
• Высоковольтное реле, управляемое VCU в соответствии с результатами контроля высоковольтной блокировки

Существует два типа высоковольтных блокировочных мониторов:

• Один из них — контроль за тем, завершено ли подключение высоковольтной цепи.
• Другой — контроль наличия высоковольтного электрического ограждения.

Эти два типа мониторов используются в разных системах HVIL и не должны смешиваться.

Роль HVIL

1. Предотвращение несчастных случаев при включении автомобиля. Прежде чем автомобиль будет включен, HVIL гарантирует, что система останется неактивной, если какая-либо цепь окажется незавершенной. Эта мера предосторожности позволяет избежать несчастных случаев, вызванных ложными подключениями и потенциальными проблемами.

2. Снижение рисков неправильной работы человека. Во время работы высоковольтной системы HVIL действует как защита от несчастных случаев, вызванных человеческим фактором. Это гарантирует, что высоковольтные соединения не могут быть отключены вручную без использования конструкции высоковольтной блокировки.

3. Обнаружение обрывов цепей высокого напряжения. HVIL играет решающую роль в обнаружении обрывов цепей высокого напряжения, которые могут привести к отключению высокого напряжения, потере мощности транспортного средства и поставить под угрозу безопасность пассажиров. Он своевременно передает информацию о тревогах контроллеру транспортного средства до сбоя питания высокого напряжения, позволяя системе автомобиля принять необходимые контрмеры.

3.2 Принцип работы соединителя HVIL

Разъемы HVIL состоят из корпуса, высоковольтных проводящих частей, низковольтных сигнальных проводящих частей и мониторов.

На разъемах HVIL закреплена пара высоковольтных и пара низковольтных клемм соответственно.

Как сделать так, чтобы низковольтная цепь получала информацию об отключении сначала, а о подключении — позже, чем высоковольтная цепь?

Мы должны убедиться, что клеммы низковольтной цепи стыкуются позже, чем клеммы высоковольтной цепи.

Этого можно достичь путем регулировки длины высоковольтных и низковольтных клемм.

Монитор отслеживает состояние подключения цепи низковольтного сигнала и передает его в контроллер.

Таким образом, контроллер получает информацию о состоянии разъема еще до фактического включения и выключения высоковольтной цепи.

4. Пример HVIL

Пример из статьи Лифана Суна «Проектирование высоковольтной блокировки электромобилей«

CASE 1

На рисунке ниже толстая сплошная линия обозначает цепь низковольтной линии питания 12 В, а пунктирная линия — цепь контроля HVIL.

Схема контроля HVIL для высоковольтных приборов (включая DC/DC, компрессор, PTC) управляется через VCU.

Управляющие контакты VCU напрямую подключены к низковольтным клеммам управления реле.

Выходы управления низким напряжением трех высоковольтных реле внутри батарейного блока напрямую перекрываются через контрольную точку 1.

Контрольная точка 1 контролирует работу цепи аварийного отключения питания.

Цепь управления HVIL двигателя и MCU подключена непосредственно к управляющей катушке низковольтного реле 2, другой конец которой непосредственно перекрывается.

Конкретный принцип работы заключается в следующем.

• Когда происходит аварийное отключение электроэнергии, точка обнаружения 1 отправляет информацию в BMS, которая напрямую отключает три высоковольтных реле. BMS напрямую отключает три высоковольтных реле.
• Когда двигатель и MCU хорошо подключены, катушка низковольтного реле 2 включается, и BMS работает нормально.
• Когда двигатель и MCU подключены неправильно, BMS отключается, управляя катушкой низковольтного реле 2.
• Точки обнаружения 3, 4 и 5 определяют подключение DC/DC, компрессора и PTC соответственно и передают их в VCU.

В этой схеме BMS связана с двигателем и контроллером двигателя через реле 2.

Однако VCU должен замкнуть и разделить реле главной цепи через BMS.

Схема 2

Толстая сплошная линия на рисунке обозначает линию питания 12 В, а пунктирная линия — контур контроля HVIL.

По сравнению со схемой 1, соединения двигателя, разъема MCU, DC/DC, компрессора и разъема PTC определяются VCU.

Конкретный принцип работы заключается в следующем.

• Когда происходит аварийное отключение электроэнергии, точка обнаружения 1 отправляет информацию в BMS, которая напрямую отключает три высоковольтных реле. BMS напрямую отключает три высоковольтных реле.
• Соединение двигателя и MCU обнаруживается точкой обнаружения 2 и передается в VCU.
• Последовательное подключение DC/DC, компрессора и PTC определяется контрольной точкой 3 и передается в VCU.
• Если какой-либо разъем подключен неправильно, VCU обнаруживает результат и управляет BMS, так что BMS управляет высоковольтным реле для отключения питания.

Легко видеть, что в цепи высоковольтной блокировки, чтобы точно знать, какой электрический разъем вышел из строя, для этого электрического разъема должна быть разработана отдельная цепь HVIL.

Если в этом нет особой необходимости, то для упрощения управления предпочтительно устанавливать корреляционную электрику в одном контуре HVIL.