原创 EV/HEV的电气安全性专题—2—互锁

   EV/HEV中非常重要的一条是机构和电气上的互锁和检查。
  当带有高压的模块从高电压源断开的时候，比如在自动断路器或者手动断开器动作的时候，由于线束上存在的荣性，需要将高压释放至安全电压范围内。汽车制造商需要根据自己的设计来确定一个电压，能量和衰减时间的参数。SAE的规定中，是需要符合UL2202的规定。高压的模块一般都有绝缘的外壳，因此如果操作人员需要移除外壳，模块本身需要有一个外壳的互锁机构来检测外壳的情况。如果这里设计为互锁回路的一部分，这也是一种选择。
  危险电压闭锁回路也成为高压互锁回路（HVIL）,它是一个典型的互锁系统，通过使用电气的小信号，来检查整个模块，导线和连接器的电气完整性（连续性）情况。当某处连接断开的时候，比如拔出连接器的时候，高压源是需要自动断开的，HVIL可以很好地完成这个任务。当然，检查电气完整性也可以采取其他的方法，每个OEM厂商都是根据自己的系统设计进行调整的。
  充电器的互锁：这是一个非常有趣的话题，不仅与电压有关。目前处于安全考虑，在充电的时候，整个驱动系统都需要处于断电的状态。因此内部的充电回路本身是一条完整的高压检测回路，而充电口与充电线束之间也需要通过互锁确认，以防止人员的操作，断开交流电源时候发生意外的危险。而且，充电也需要一定的信息认证的绑定，由于充电都处于后半夜，因此不可能使用人员进行看护。假定EV的充电的时候，另一个车主把充电口断开插入自己的充电口，这会发生什么情况？这是一个非常有趣的话题。

    从这块而言，我在美国的网站上查找了很多通用，德尔福，福特和泰科关于系统方面的互锁设计思想，这些都是从1990～2010年20年间申请的有效专利，通过这些专利的了解借鉴其设计思想，具体应用的时候可能需要进行重新设计和调整。

US Patent 5942737 - High voltage guard with interlock
US Patent 6139351 - High power connection system
US Patent 7402068 - High voltage interlock connection
US Patent 7586722 - High voltage interlock system and control strategy
US Patent 7588461 - Mating connectors with a continuous EMI shield
US Patent Application 20080220652 - HIGH VOLTAGE SHIELDED ELECTRICAL CONNECTOR ASSEMBLY
US Patent Application 20100084205 - High-Voltage Terminal Assembly with Integral High-Voltage Interlock
US Patent Application 20100123573 - SERIES INTERLOCK SYSTEM WITH INTEGRATED ABILITY TO IDENTIFY BREACHED LOCATIONS
US Patent Application 20100187904 - Centralized HV Interlock System

基本的设计方案是如同20100187904里面所涉及的集中式HVIL方案，由EV的中央控制器模块或者其他部分进行信号输出，然后经过各个模块，最后返回控制器。

关于总体设计，以GM的US Patent 7084361 -High Voltage Interlock Swtich最为清晰，它的设计思想是不仅仅局限于连接器端子，而是试图在模块（内部屏蔽大电流信号）外壳上面连接小信号来实现。

注意根据目前的了解，这应该是通用汽车10年前的EV1上的设计，在最后将介绍其最新的专利设计。

这是一个非常有趣的设计。

FORD的专利里面关于控制策略的部分异常清晰，我做了一些颜色的区分，方便大家理解。

当然最为普通的连接器插头的设计，适用在电流不大不小的情况下使用的。是一体式的设计，原理如下：

最后谈谈通用的最新的设计，2010年的专利，它在原有的改进设计的基础上改进了设计，采用压接的方法，使得整个设计又保持了防水等级由能不增加冗余的空间。不得不佩服美国的工程师不断改进和进取的想法。

最后需要说明一下，以上所有的设计都是受专利保护的，大家看看开拓一下思路是可以的，如果需要使用相同的设计将会引起法律上的一系列纠纷。使用google通过专利网站可以找到对应的专利，可以实际的了解一下这些专利的设计思想。