Hoch-Spannungssperre für
Neue Energiefahrzeuge
Einführung der Hoch-Spannungsverriegelung
Nur wenn der Verriegelungskreis einen vollständig geschlossenen Regelkreis bildet, können die Hochspannungskomponenten des Fahrzeugs als normal betrachtet werden und nur dann kann Hochspannungsstrom angeschlossen werden. HVIL-Signalquellenspannungen gibt es im Allgemeinen in drei Formen: 5 V/12 V/PWM-Arbeitszyklus.
Zweck der Hochspannungsverriegelung
Die Batteriepakete von New-Energy-Fahrzeugen arbeiten typischerweise mit Spannungen von 300–800 V und sehr großen Strömen. Daher ist eine Sicherheitsschutzvorrichtung erforderlich, um die Sicherheit des Fahrzeugs und des Wartungspersonals zu verbessern.
Der Entwurf von Hochspannungsverriegelungen zielt in erster Linie darauf ab, die folgenden Probleme zu lösen:
1. Verhindern, dass Wartungspersonal ein- und aussteckt, während der Stromkreis unter Spannung steht: Hochspannungssteckverbinder enthalten zahlreiche Metallkontakte. Beim direkten Ausstecken unter Last (Strom) entsteht im Moment der Kontakttrennung ein starker Lichtbogen. Dieser Lichtbogen erreicht extrem hohe Temperaturen und führt zu starken Verbrennungen der Metallkontakte des Steckverbinders, was zu einem erhöhten Kontaktwiderstand, Überhitzung und sogar einem Brand führt. Gleichzeitig ist der Lichtbogen selbst eine erhebliche Quelle elektromagnetischer Störungen.
2. Verhindern einer unbeabsichtigten Trennung von Hochspannungsanschlüssen: Während des Fahrzeugbetriebs oder bei Wartungsarbeiten oder Kollisionen kann es zu Vibrationen kommen, die dazu führen können, dass sich ein Hochspannungsanschluss lockert oder unterbrochen wird. Wenn das System dies nicht erkennt und weiterhin Strom liefert, kann es aufgrund des übermäßigen Kontaktwiderstands zu einer Überhitzung der intermittierenden Verbindung und damit zu einem Brandrisiko kommen.
3. Bereitstellung von Sicherheitswarnungen: Vor dem Start des Fahrzeugs führt das BMS (Batteriemanagementsystem) oder die VCU (Fahrzeugsteuereinheit) einen HVIL-Selbsttest durch. Wenn der Stromkreis nicht offen ist, meldet das System einen Fehler und verhindert, dass das Hochspannungssystem eingeschaltet wird, wodurch die Sicherheit von Personal und Fahrzeug geschützt wird.
Funktionsprinzip der Hochspannungsverriegelung
Das Wesentliche einer Hochspannungsverriegelung ist ein Signalkreis mit niedriger Spannung und niedrigem Strom.
1. Grundkomponenten
(1) HVIL-Signalquelle: Typischerweise wird ein Niederspannungs-Überwachungssignal (z. B. 5 V oder 12 V) vom Batteriemanagementsystem (BMS) oder der Fahrzeugsteuereinheit (VCU) bereitgestellt.
(2) HVIL-Schaltkreis: Ein dünner Niederspannungssignaldraht, ähnlich einer „Kette kandierter Weißdornen“, ist in Reihe durch alle zu überwachenden Hochspannungskomponenten und deren Anschlüsse geschaltet.
(3) HVIL-Empfänger: Das Signal kehrt schließlich zum Überwachungsanschluss des BMS oder der VCU zurück.
2. Arbeitsprozess (Am Beispiel der gebräuchlichsten „Reihenschaltung“)
(1) Normalzustand (Alle Anschlüsse sind eingesteckt)
① Das BMS sendet ein 5-V-HVIL-Überwachungssignal.
② Dieses Signal fließt nacheinander durch die Verriegelungsstifte in den Anschlüssen aller Hochspannungskomponenten wie Motorsteuerung, Klimakompressor, PTC und DC/DC-Wandler.
③ Da alle Stecker gesteckt sind, ist der gesamte Stromkreis leitend.
④ Das Signal kehrt schließlich reibungslos zum Empfangsende des BMS zurück.
⑤ Das BMS erkennt das vollständige Rückgabesignal, stellt fest, dass „die Verbindung zum Hochspannungskreis normal ist“ und ermöglicht nachfolgende Vorgänge wie Vor{1}aufladen und Einschalten.
(2) Anormaler Zustand (jeder Stecker ist abgezogen oder lose)
① Angenommen, der Techniker hat während der Wartung den Stecker des Klimakompressors abgezogen.
② Sobald dieser Stecker getrennt wird, werden zuerst seine internen HVIL-Verriegelungsstifte getrennt (das Design verwendet normalerweise eine Pin-Konfiguration „Break{0}}vor-Make“).
③ An dieser Stelle wird die gesamte HVIL-Signalschleife durchtrennt.
④ Der BMS-Empfänger erkennt sofort, dass kein Signal zurückkommt (Spannung wird 0).
⑤ Das BMS kann den Fehler innerhalb von Millisekunden identifizieren und sofort die folgenden Sicherheitsmaßnahmen umsetzen:
1) Alarm: Die Hochspannungsfehlerleuchte leuchtet auf der Instrumententafel auf, um den Fahrer zu warnen.
2) Stromunterbrechung-: Alle relevanten Steuerungen werden sofort angewiesen, den Betrieb einzustellen, und die wichtigsten positiven und negativen Relais werden getrennt, wodurch die Stromversorgung des gesamten Hochspannungssystems unterbrochen wird.
3) Entladen: Komponenten wie die Motorsteuerung werden angewiesen, die Buskondensatoren aktiv zu entladen, wodurch die Spannung schnell auf ein sicheres Niveau reduziert wird.
