动力电池系统介绍（十三）——高压互锁（HVIL）

一、高压互锁梗概

高压互锁（HVIL-High Voltage Interlock）是一种安全功能，主要通过低压信号来检查整个高压系统回路的完整性及连续性，识别回路的异常断开，并及时断开高压输入端的控制电器件。
简单来说，就是通过低压回路的通断信号（安全）来检查高压回路的通断（危险）。

1.1 高压互锁原理

整车所有高压连接器连接位置，都需高压互锁信号回路，但互锁回路与高压回路不具有必然的联系。但高压互锁设计，可能对某电器设置一个单独的互锁信号回路；也可能把两个或以上的互锁信号串联在一个回路中。即互锁回路可设计成并联模式，也可设计成串联模式。

整车高压系统以动力电池作为电源，低压回路同时也需要一个检测用电源，让低压信号沿着闭合的低压回路传递。当低压信号中断，说明某一个高压连接器有松动或者脱落。高压互锁基础原理如图1/图2所示。在高压互锁信号回路基础上，设计监测点或监测回路，负责将高压互锁信号回路的状态传递给 BMS。（图片来源于网络）

高压互锁设计的实现，需要以下设备组成：高压互锁连接器及高低压导线，闭合的低压电源信号回路，高压互锁监测回路及监测模块 （监测模块可以是电池管理系统BMS，或者整车控制器 VCU），监测模块根据高压互锁监测结果控制的高压继电器。

1.1 高压互锁内部结构

高压接插件的互锁结构集成在接插件的内部，通过互锁端子和主回路（高压）的长度和位置差异——高压端子长于低压互锁端子。

• 在插合高压接插件件时，高压端子先接通，互锁端子后接通
• 当在拔接插件时，互锁端子先断开，高压端子后断开

这样可以确保高压互锁信号检测的有效性。同时时间差与插拔的速度有关，时间长短可以根据车型具体策略确定。（图片来源于网络）

另外，高压接插件都是配对使用的，出于安全考虑，一般公端用于设备（产品）端，母端用于线束端。且所有的高压连接器均配有低压信号端子，用于接通互锁信号。当高压连接器插到位后，互锁信号就接通，将所有的高压连接器的信号串联后接入BMS或者VCU进行检测，当某一个接插件未插好，互锁信号就断开了，以此来判断接插件连接是否正常。HVIL功能实质是检测互锁端子两个PIN脚通断来实现。

1.2 高压互锁分类

高压互锁主要结构互锁、功能互锁和软件互锁三种。

名称	释义
结构互锁	主要高压接插件均带有互锁回路,当其中某个接插件被带电断开时,动力电池管理便会检测到高压互锁回路存在断路,为保护人员安全,将立即进行报警并断开主高压回路电气连接,同时激活主动泄放，在5s内将高压电降低到60V以下。
功能互锁	当车辆在进行充电或插上充电枪时,高压电控系统会限制整车不能通过自身驱动系统驱动,以防止可能发生的线束拖拽或安全事故。
软件互锁	正常高压上电后，如果PTC或电动压缩机检测到高压侧电压异常，空调系统会将高压异常通过CAN发给BMS或VCU，报出高压互锁故障，BMS或VCU收到高压互锁故障信号后，将限制或中断PTC或电动压缩机功能。

从安全方面，高压互锁主要考虑三个方面：

• 把高压互锁作为断路器使用，当高压系统在运行过程中，如果出现高压连接器松动，脱离、损坏等情况，通过高压互锁功能可以快速把整车的高压给断掉；
• 当工作人员或售后维修人员在未下高压的情况下，去拔高压连接器，这时候就可能存在拉弧，多次带电插拔可能会影响接插件的寿命；同时如果工作人员不小心触摸到了被拔掉的带电的接插件，就会有触电的风险；
• 通过高压互锁来监控高压接插件是否插到了位，避免未插到位引起的车辆运行过程中异常掉高压的情况，进而影响行车安全。

1.3 高压互锁原则

• HVIL回路必须能够有效、实时、连续地检测整个高压回路的通断情况。
• 所有高压连接器应具备机械互锁装置，且高压连接器断开时，HVIL首先断开；接合时，后接通HVIL。
• 所有高压连接器在非人为的情况下，不能被接通或断开
• 高压互锁回路应具备在特殊情况下，可以通过BMS检测HVIL回路，直接断开高压回路
• 在识别到HVIL有异常时，车辆必须报警指示，比如仪表指示灯或声音、光等形式提醒驾驶员。

当回路中的某个高压部件互锁出现故障的时候，互锁监测装置会上报VCU，由VCU执行相应的下电策略。在执行下电策略时必须要考虑行车情况，所以在制定策略的时候，必须对高压互锁分级。
比如，将BMS、RESS（电池系统）、OBC划为一级，将MCU、MOTOR（电动机）划为二级，将EACP（电动空调压缩机）、PTC、DC/DC划为三级。针对不同的互锁等级，须采取不同的HVIL策略。

二、高压互锁常见故障

此章节内容摘自于: 电动汽车的高压互锁及故障检测

一个回路故障主要有开路和短路，具体有几下几种情况

2.1 高压互锁开关失效

关闭盖板之后开关不能闭合是互锁开关常见的故障。可能原因是设计尺寸偏差，导致互锁开关不能闭合。盖板突出的筋结构高度偏低，高压互锁开关不能闭合到位，致使互锁回路开路。设计不合理导致安装过程中互锁开关结构失效致使开关不能闭合。设计互锁开关时要综合考虑安装可能情况调整开关的朝向，从而避免结构失效。

2.2 端子退针导致开路

当互锁回路的低压线束中部分线束的端子以及高压用电器和PDU上高压互锁回路上的端子质量有问题时，会导致端子退针，导致的公母端子接触不良。可以采用“二分法”快速精准定位故障位置。需要注意的是在进行问题排查时，需要使用合适尺寸的探针。探针直径不宜选的过大，否则会影响到端子的接触质量和寿命。

2.3 互锁端子对地短路

由高压互锁回路的工作原理可知，虽然回路是通的，但对地短路也会报高压互锁开路。

2.4 动力电池内部故障

若整车报高压互锁回路故障，而实际检测下来线束是完整的，且检测没有开路/对地短路的情况，则可带电测量互锁回路是否形成通路，即确认低压线束回路相通，高压线束都连接完好。然后将高压互锁回路任何一个地方断开，使用欧姆档测量是否导通，则还可以继续排查验证是否是动力电池内部的故障 。

三、高压互锁故障排查

高压互锁检查：引起高压互锁故障的原因通常为某个高压插件未插或未插到位造成的，如PTC、DC/DC、高压盒、车载充电机、空调压缩机高低压插件未插。

高压互锁的检测方案有多种，比如采用占空比检测、采用电阻方式或者采用电压检测等。一些芯片厂家像TI等还推出了专门的高压互锁的检查芯片。
当故障码中出现高压互锁故障，在定位故障时，一般多采用排除法定位故障模块：

• 依次检查所有高压插件是否存在漏接、虚接现象；
• 检查高压插接件互锁回形针是否存在弯曲、断裂现象；
• 检查高压互锁回路中的电器接插件是否存在漏接、虚接现象；

若回路无上述故障，则可定位为线束通断或电器模块内部问题，需继续排查。具体可参考【电池电气】新能源汽车高压互锁原理及失效分析的2.2章节内容。