关于汽车电池:三大安全系统及HVIL线路和硬件设计

 前言

 
众所周知,HVIL是电池系统三大安全(电池安全、高压安全、辐射安全)中,高压安全措施重要的一个功能环节。本文本着学习和思考目的加以梳理,分享给大家。
关于汽车电池:三大安全系统及HVIL线路和硬件设计
HVIL涵义
 
HVIL缩写含义主要有两种:一种是“Hazardous Voltage interlock loop危险电压互锁回路”;另一种是:“High Voltage Interlock System and Control Strategy高电压互锁系统和控制策略”。前者突出的是人体“危险电压”通过互锁回路加以监测和监控,后者突出的是对“B级电压”通过电路监测,并运用“主动控制策略”采取保护措施。两者内涵都是正确的。但从主动控制角度,我更倾向于后者。
 
HVIL的主动功能和被动功能
 
HVIL 高压互锁物理定义,主要是针对高压回路的母线束连接器及高压壳体护盖的安全性,使用小电流低压信号进行电路完整性监测和功能管理。高压母线回路主要针对高压易操作节点或高压安全薄弱的连接器进行低压信号联动互锁。
 
主动功能主要是通过低压回路对高压回路实时、连续性监测的结果进行即时管理,并通过整车诊断系统识别并及时采取报警、限功率直至切断高压措施。
 
被动功能主要是指可以直接通过断开HVIL回路,达到断开高压的目的。属于被动干预断电功能。一方面,可以用于检验互锁回路的有效性,另一方面是在车辆事故状态等特殊情况下,可紧急断电使用的功能。被动功能很少被提到。
关于汽车电池:三大安全系统及HVIL线路和硬件设计
HVIL回路是否需要考虑EMC电磁兼容?
 
涉及安全的功能信号,在EMC方面是有严格要求的。HVIL信号是一定要考虑EMC电磁兼容问题的,并且需要有对应措施。HVIL信号源产生的信号形式,这部分在“朱玉龙的‘聊聊高压互锁(HVIL)一文中,已有详细的阐述,信号源使用的是PWM信号:用5V的PWM信号传输,主要有几个作用:PWM检测要略微快、逻辑控制简单、可以实现休眠和唤醒、节约功耗。”结合HVIL对PWM信号的即时性和连续性要求,面对车辆电磁环境复杂和恶劣现状,信号也会出现中断、卡顿现象。同时,在整车或零件EMC 实验中,也是需要关注这项指标的。目前,我们还是按低压线束标准做设计,还没有特定的保护,这方面,需要持续关注和分析设计。
 
HVIL线路和硬件设计
 
1、线路设计就是小信号回路设计。一般是由一个信号源发生器(HVIL SRC),结合外电路,形成一个闭环的回路。信号源通常集成在BMS内。回路检测(HVIL RTN)一般由一个到二个组成,而且是独立的闭环,不允许有支路存在。前期设计,为了把充电和放电回路分开检测,设立两个回路。目前设计,为了简化电路,多采用一个回路完成检测。下图是Tesla HVIL线路设计,由一个回路完成整车的HVIL检测。
 
TheBMS produces a constant current and measures the voltage drop over 4 knownresistance points in the loop (nominal: 0.02A x 240Ÿ = 4.8V). If the resistance changes, andthe voltage drop is therefore higher or lower than the max thresholds, the BMSreports an HVIL failure.
关于汽车电池:三大安全系统及HVIL线路和硬件设计