HVIL in Elektrofahrzeugen

Elektrische voertuigen (EV’s) zorgen voor een revolutie in het transport, met stijgende verkoopcijfers nu mensen traditionele auto’s inruilen voor groenere opties. Naast hun milieuvriendelijke aantrekkingskracht, maken EV’s gebruik van innovatieve technologieën zoals HVIL (High Voltage Interlock) om veiligheid en prestaties te garanderen. Dit artikel gaat in op wat HVIL is, waarom het belangrijk is en hoe het in de praktijk werkt.

1. Was ist HVIL?

HVIL (High Voltage Interlock) is een veiligheidsvoorziening die gebruikmaakt van een laagspanningslus om de integriteit van een hoogspanningscircuit te bewaken. Het HVIL-systeem is ontworpen om mensen te beschermen die in contact kunnen komen met hoogspanningscomponenten van elektrische voertuigen. De belangrijkste elektrische componenten die worden gebruikt in de hoogspanningsvergrendelingslus van elektrische voertuigen zijn de HVIL-connector en de Manual Service Disconnect (MSD-connector).

2. Waarom hebben elektrische voertuigen HVIL nodig?

Vanuit het oogpunt van systeemveiligheid moeten de potentiële risico’s van elektrische voertuigen worden gemonitord met behulp van technologie om risico’s te verminderen.

Enerzijds, als de hoogspanningsaansluiting van een elektrisch voertuig tijdens het gebruik losraakt, wordt losgekoppeld of beschadigd raakt, wordt de stroom plotseling onderbroken, verliest het voertuig vermogen en kan er gemakkelijk een ongeval ontstaan. Op dat moment fungeert HVIL als een stroomonderbreker, die niet alleen het hoogspanningscircuit tijdig kan onderbreken om te voorkomen dat de storing verergert, maar ook snel een alarm kan geven aan de bestuurder om tijd te winnen voor een noodreactie.

Aan de andere kant is het erg gevaarlijk om het hoogspanningsaansluitpunt handmatig los te koppelen wanneer het hoogspanningssysteem in werking is. De hoge transiënte spanning die op het moment van loskoppelen wordt gegenereerd, kan door de lucht breken en het omringende personeel en de apparatuur in gevaar brengen. Het HVIL-systeem kan dergelijke verkeerde bedieningen effectief controleren en voorkomen.

3. Das HVIL-Prinzip

Bei der Konstruktion von Hochspannungsverriegelungen sind zwei Aspekte zu berücksichtigen.

• Wie der Niederspannungsstromkreis den Verbindungsstatus jedes Verbindungspunktes im gesamten Hochspannungsstromkreis vollständig erkennen kann.
• Wie kann der Niederspannungsstromkreis die Informationsübertragung abschließen, bevor der Hochspannungsstromkreis abgeschaltet wird?

Beginnen wir mit diesen beiden Aspekten.

Ontwerpprincipe van hoogspanningsvergrendelingscircuits

Alle Hochspannungsanschlüsse sind mit Niederspannungssignalklemmen ausgestattet.

In een HVIL-systeem zijn het laagspanningssignaalcircuit en het hoogspanningscircuit onafhankelijk van elkaar. Bij hoogspanning vormen bijvoorbeeld Electric A en Electric B samen een compleet circuit. We kunnen voor Electric A en Electric B elk een afzonderlijk laagspanningssignaalcircuit opzetten. We kunnen ook de laagspanningssignaalcircuits van Electric A en Electric B in serie schakelen.

Wie unten dargestellt. Der Hochspannungskreislauf verwendet das Netzteil als Stromquelle. Er is een laagspanningsvoeding in het laagspanningscircuit, waardoor het signaal langs het laagspanningscircuit kan worden doorgegeven. Zodra het laagspanningssignaal wordt onderbroken, betekent dit dat een van de hoogspanningsconnectoren los zit of is losgekoppeld.

Komponenten des Hochspannungsverriegelungskreises

Die Umsetzung der Hochspannungsstellwerkstechnik erfordert das Zusammenwirken der folgenden Geräte:

• HVIL-Steckverbinder und Hoch-/Niederspannungsleiter
• Geschlossener Niederspannungs-Signalkreis
• Überwachungsschaltungen und -monitore für Hochspannungsverriegelungen (das Überwachungsmodul kann sich auf dem BMS oder der VCU befinden, oder beide haben separate Überwachungsfunktionen)
• Hochspannungsrelais, das direkt durch das Überwachungssignal der Hochspannungsverriegelung gesteuert wird
• Hochspannungsrelais, das von der VCU in Abhängigkeit von den Ergebnissen der Überwachung der Hochspannungsverriegelung gesteuert wird

Es gibt zwei Arten von Hochspannungs-Verriegelungsmonitoren:

• Zum einen ist zu überwachen, ob der Anschluss des Hochspannungskreises vollständig ist.
• Zum anderen wird überwacht, ob das Hochspannungsgehäuse vorhanden ist.

Die beiden Arten von Monitoren werden in unterschiedlichen HVIL-Systemen verwendet und sollten nicht vermischt werden.

Rol van HVIL

1. Voorkomen van ongelukken tijdens het opstarten van het voertuig. Voordat het voertuig wordt opgestart, zorgt de HVIL ervoor dat het systeem inactief blijft als er een onvolledig circuit wordt gedetecteerd. Deze voorzorgsmaatregel voorkomt ongelukken als gevolg van verkeerde aansluitingen en mogelijke problemen.

2. Risico’s van menselijke fouten beperken. Tijdens het gebruik van hoogspanningssystemen fungeert de HVIL als een beveiliging tegen veiligheidsongevallen als gevolg van menselijke fouten. Het zorgt ervoor dat hoogspanningsaansluitingen niet handmatig kunnen worden losgekoppeld zonder dat er een hoogspanningsvergrendeling is ingebouwd.

3. Detecteren van open hoogspanningscircuits. De HVIL speelt een cruciale rol bij het detecteren van open hoogspanningscircuits, die kunnen leiden tot hoogspanningsonderbreking, verlies van voertuigvermogen en een gevaar voor de veiligheid van de passagiers. Het geeft tijdig alarminformatie door aan de voertuigcontroller voordat er een hoogspanningsstoring optreedt, zodat het voertuigsysteem de nodige tegenmaatregelen kan nemen.

Werkingsprincipe van HVIL-connector

HVIL-connectoren bestaan uit een behuizing, hoogspanningsgeleidende onderdelen, laagspanningssignaalgeleidende onderdelen en monitoren. Op de HVIL-connectoren zijn respectievelijk een paar hoogspanningsterminals en een paar laagspanningsterminals bevestigd. Hoe zorg je ervoor dat het laagspanningscircuit eerst de ontkoppelingsinformatie ontvangt en daarna de verbindingsinformatie, later dan het hoogspanningscircuit?

We moeten ervoor zorgen dat de aansluitingen van het laagspanningscircuit later worden aangesloten dan die van het hoogspanningscircuit. Dit kan worden bereikt door de lengte van de hoogspanningsaansluitingen en laagspanningsaansluitingen aan te passen. De monitor controleert de verbindingsstatus van het laagspanningssignaalcircuit en stuurt deze naar de controller. Op deze manier heeft de controller de status van de connector onder de knie voordat het hoogspanningscircuit daadwerkelijk wordt in- en uitgeschakeld.

4. Beispiel für HVIL

Fallbeispiel aus Lifan Suns Arbeit „Electric Vehicle High Voltage Interlock Design„

FALL 1

In de onderstaande afbeelding geeft de dikke ononderbroken lijn het 12V-laagspanningscircuit aan en de stippellijn het HVIL-bewakingscircuit. Het HVIL-bewakingscircuit voor hoogspanningsapparaten (waaronder DC/DC, compressor, PTC) wordt aangestuurd via de VCU. De stuurpinnen van de VCU zijn rechtstreeks aangesloten op de laagspanningsstuurklemmen van de relais. De laagspanningsbesturingsuitgangen van de drie hoogspanningsrelais in de accubak worden rechtstreeks overschreven via testpunt 1. Testpunt 1 bewaakt de werking van het noodstroomuitschakelcircuit. Het HVIL-besturingscircuit van de motor en MCU is rechtstreeks aangesloten op de besturingsspoel van laagspanningsrelais 2, waarbij het andere uiteinde rechtstreeks wordt overschreven.

Das spezifische Funktionsprinzip ist wie folgt.

• Bei einem Notstromausfall sendet die Erfassungsstelle 1 die Information an die Gebäudeleittechnik, die die drei Hochspannungsrelais direkt abschaltet. Das BMS schaltet die drei Hochspannungsrelais direkt ab.
• Wenn der Motor und die MCU richtig angeschlossen sind, wird die Spule des Niederspannungsrelais 2 eingeschaltet und das BMS arbeitet normal.
• Wenn der Motor und die MCU nicht richtig angeschlossen sind, wird das BMS durch Ansteuerung der Spule des Niederspannungsrelais 2 abgeschaltet.
• Die Erfassungspunkte 3, 4 und 5 erfassen den Anschluss von DC/DC, Verdichter bzw. PTC und senden sie an die VCU.

In dit schema is het BMS via relais 2 gekoppeld aan de motor en de motorcontroller. De VCU moet echter het hoofdcircuitrelais via het BMS sluiten en splitsen.

CASE 2

De dikke ononderbroken lijn in de afbeelding geeft de 12 V-voedingslijn aan en de stippellijn geeft de HVIL-bewakingslus aan. In vergelijking met schema 1 worden de aansluitingen van de motor, MCU-connector, DC/DC, compressor en PTC-connector gedetecteerd door VCU.

Das spezifische Funktionsprinzip ist wie folgt.

• Bei einem Notstromausfall sendet die Erfassungsstelle 1 die Information an die Gebäudeleittechnik, die die drei Hochspannungsrelais direkt abschaltet. Das BMS schaltet die drei Hochspannungsrelais direkt ab.
• Die Verbindung von Motor und MCU wird von Erfassungspunkt 2 erkannt und an die VCU gesendet.
• Die Reihenschaltung von DC/DC, Verdichter und PTC wird von Testpunkt 3 erkannt und an die VCU gesendet.
• Wenn ein Stecker nicht richtig angeschlossen ist, erkennt die VCU dies und steuert das BMS, so dass das BMS das Hochspannungsrelais steuert, um den Strom abzuschalten.

Het is duidelijk dat in een hoogspanningsvergrendelingscircuit, om precies te weten welke elektrische connector defect is, een apart HVIL-circuit voor deze elektrische component moet worden ontworpen. Als dit niet absoluut noodzakelijk is, verdient het de voorkeur om gecorreleerde elektrische componenten in dezelfde HVIL-lus te installeren om de besturing te vereenvoudigen.

Bewertete HVIL-Steckverbinderprodukte

---