楊 康 方海峰

（上海航天科工電器研究院有限公司，上海200331）

0 引言

在全球能源危機(jī)和環(huán)境污染的大背景下，推進(jìn)新能源汽車的應(yīng)用與發(fā)展已是大勢(shì)所趨。數(shù)十年來，新能源汽車的發(fā)展已成為中國(guó)乃至全球汽車行業(yè)的熱點(diǎn)，在各國(guó)政府的大力支持下，新能源汽車產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展。而在電動(dòng)汽車及其他工業(yè)上，高壓系統(tǒng)的電壓已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人體的安全電壓，在系統(tǒng)帶電情況下的人為操作是不可避免的。目前高壓連接器插拔時(shí)主電路會(huì)帶電，容易產(chǎn)生電弧或擊穿現(xiàn)象，從而影響操作人員的安全，損壞電器，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鸹馂?zāi)，造成重大損失。因此在設(shè)計(jì)過程中需增加更多可靠的結(jié)構(gòu)來避免非專業(yè)人員操作導(dǎo)致的危害人身安全的情況。

本文通過分析傳統(tǒng)連接器產(chǎn)品，沒有高壓互鎖裝置，導(dǎo)致產(chǎn)品電路接觸瞬間過載，以及高壓互鎖裝置沒有延時(shí)功能，導(dǎo)致電氣控制系統(tǒng)來不及對(duì)高壓電路進(jìn)行控制，從而引起接觸時(shí)的瞬間過載、危害人身安全的問題，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)了一種具有延時(shí)功能的高壓互鎖回路。并以此為實(shí)例，介紹了具有延時(shí)功能的高壓互鎖回路的設(shè)計(jì)方法。

1 高壓回路及高壓互鎖回路的結(jié)構(gòu)原理圖

圖1為傳統(tǒng)高壓回路結(jié)構(gòu)原理圖，圖中高壓電路沒有信號(hào)監(jiān)測(cè)保護(hù)。圖2為帶有高壓互鎖回路保護(hù)的高壓回路原理圖，該高壓互鎖回路為高壓回路提供信號(hào)監(jiān)測(cè)功能，避免高壓電器在人為操作過程中產(chǎn)生帶電現(xiàn)象，可有效延長(zhǎng)電器使用壽命，降低安全事故發(fā)生的概率。

圖1 傳統(tǒng)高壓回路結(jié)構(gòu)原理圖

圖2 帶高壓互鎖結(jié)構(gòu)的高壓回路原理圖

2 高壓互鎖結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.1 高壓互鎖結(jié)構(gòu)的定義

高壓互鎖（High Voltage Inter-lock，簡(jiǎn)稱HVIL），是用低壓信號(hào)監(jiān)測(cè)高壓回路完整性的一種安全設(shè)計(jì)方法。其結(jié)構(gòu)原理在于，在高壓互鎖回路接通或斷開的同時(shí)，反饋信號(hào)給電源控制器，進(jìn)而控制高壓電路的供電與斷電。理論上，低壓監(jiān)測(cè)回路相比高壓回路后接通先斷開，中間保持必要的量，其時(shí)間的長(zhǎng)短可以根據(jù)具體情形確認(rèn)。

2.2 高壓互鎖回路的設(shè)計(jì)方法

（1）確定高壓回路與高壓互鎖回路的制約條件。

1）接通電路：高壓互鎖回路接通的同時(shí)反饋供電信號(hào)給電源控制器為高壓回路供電，在高壓互鎖回路反饋供電信號(hào)時(shí)，高壓回路應(yīng)是已接觸好的，保證高壓回路插入過程是無電的。即高壓互鎖回路相比高壓回路后接通。

2）斷開電路：高壓互鎖回路斷開的同時(shí)反饋斷電信號(hào)給電源控制器為高壓回路斷電，在高壓互鎖回路反饋斷電信號(hào)時(shí)，高壓回路仍是接觸的，保證高壓回路分離過程是無電的。即高壓互鎖回路相比高壓回路先分離。

3）高壓互鎖設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示，設(shè)計(jì)中需保證高壓互鎖回路接觸件距離大于高壓回路接觸件距離，即：DIM A＞DIM B。

（2）為了實(shí)現(xiàn)上述功能，高壓互鎖結(jié)構(gòu)應(yīng)用于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)原理圖如圖3所示。

圖3 結(jié)構(gòu)原理圖

（3）如圖3結(jié)構(gòu)原理圖所示，該高壓電器由插頭與插座共同組成。其中，插頭端子與插座端子為高壓端子，互配連接后組成高壓回路；金屬連接片與低壓探針1、低壓探針2為低壓端子，互配連接后組成高壓互鎖回路。

1）插頭向插座插入過程：插頭端子先與插座端子接觸并繼續(xù)插入一段距離后，金屬連接片才與探針1、探針2接通，并反饋供電信號(hào)給電源控制器為高壓回路供電。此過程保證高壓回路插入過程無電。

2）插頭向插座分離過程：金屬連接片優(yōu)先與低壓探針1、低壓探針2實(shí)現(xiàn)分離，并反饋斷電信號(hào)給電源控制器為高壓回路斷電，在主電路已斷電的情況下，插頭端子繼續(xù)拔出一段距離后才與插座端子分離。此過程保證高壓回路分離過程無電。

3 高壓互鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1 結(jié)構(gòu)總裝圖

高壓互鎖插針如圖4所示，高壓互鎖彈片如圖5所示，本高壓互鎖結(jié)構(gòu)總裝圖（高壓電器插頭與高壓電器插座分離、嚙合的結(jié)構(gòu)示意圖）如圖6所示。

圖4 高壓互鎖插針示意圖12—高壓互鎖插針 121—高壓互鎖插針接觸部122—高壓互鎖插針接線孔 123—導(dǎo)線

圖5 高壓互鎖彈片示意圖22—高壓互鎖短接彈片 221—高壓互鎖彈片上彈壁222—高壓互鎖彈片下彈壁 223—彈片導(dǎo)引部224—彈片延長(zhǎng)部 225—彈性掛鉤

3.2 具體實(shí)施方式介紹

如圖4所示，導(dǎo)線123通過高壓互鎖插針12的接線孔122與接觸部121連接成為一體。

如圖5所示，高壓互鎖短接彈片22由彈片導(dǎo)引部223、彈片延長(zhǎng)部224、高壓互鎖彈片上彈壁221和高壓互鎖彈片下彈壁222組成，彈片延長(zhǎng)部224上設(shè)置有彈性掛鉤225。

如圖6所示，將高壓互鎖插針12和插座插針端子13安置于插座絕緣基座15中，并將插座絕緣基座15安置于插座外殼11內(nèi)形成高壓電器插座1；高壓互鎖短接彈片22通過彈性掛鉤225固定在插頭絕緣基座25上，插頭插孔端子23安置于插頭絕緣基座25內(nèi)，插頭絕緣基座25安置于插頭外殼21內(nèi)形成高壓電器插頭2。

高壓互鎖插針12和插座插針端子13設(shè)置在高壓電器插座1上；高壓互鎖短接彈片22和插頭插孔端子23設(shè)置在高壓電器插頭2上。插座插針端子13和插頭插孔端子23的接通或斷開用于控制高壓回路的接通或斷開；高壓互鎖插針12和高壓互鎖短接彈片22接通或斷開用于控制高壓互鎖回路的接通或斷開。

圖6 高壓互鎖結(jié)構(gòu)總裝圖1—高壓電器插座 2—高壓電器插頭 11—插座外殼12—高壓互鎖插針 13—插座插針端子 15—插座絕緣基座21—插頭外殼 22—高壓互鎖短接彈片 23—插頭插孔端子25—插頭絕緣基座 121—高壓互鎖插針接觸部221—高壓互鎖彈片上彈壁 222—高壓互鎖彈片下彈壁225—彈性掛鉤

3.3 高壓互鎖回路工作過程介紹

高壓電器插頭2向插座1插入的互配過程：使插頭2向連接器插座1插入，高壓回路的插孔端子23先接觸到高壓回路的插針端子13，并插入一定距離后，連接器插頭2的短接彈片22的上、下彈壁221、222同時(shí)向高壓互鎖插針12的接觸部121靠攏并實(shí)現(xiàn)彈性接觸。高壓互鎖回路接通并反饋供電信號(hào)為高壓回路供電。

高壓電器插頭2向插座1拔出的分離過程：使插頭2向連接器插座1分離，高壓互鎖插針12的接觸部121與短接彈片22的上、下彈壁221、222先分離，高壓互鎖回路斷開并反饋信號(hào)給電源控制器為高壓回路斷電，插頭2繼續(xù)拔出一定距離后，高壓回路插孔端子23才與高壓回路插針端子13分離。

4 結(jié)語(yǔ)

在高壓互鎖回路設(shè)計(jì)中，并不局限于以上實(shí)例結(jié)構(gòu)，也可將短接彈片結(jié)構(gòu)設(shè)置于高壓電器插座端，將高壓互鎖插針設(shè)置于插頭端?；蚩稍O(shè)計(jì)為可實(shí)現(xiàn)高壓互鎖原理和功能的其他結(jié)構(gòu)形式。高壓互鎖結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于能夠提供安全性更高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且能確保高壓回路操作安全性與可靠性的一種保護(hù)結(jié)構(gòu)，可廣泛應(yīng)用于新能源汽車產(chǎn)品領(lǐng)域及相關(guān)領(lǐng)域。