相对传统燃油车来说，电动汽车的一个重要特点就是车内安装了保证足够动力性能的高压系统，包括充电系统、配电箱、动力电池、驱动电机等高压部件。这些高压系统中的电压一般都超过300V，万一被车内人员误触到就会造成人身伤害，因此国家标准规定车上的高压部件应具有高压互锁装置，以确保使用安全，本文就来谈一谈这个高压互锁装置的工作原理。

1. 什么是高压互锁

高压互锁（High Voltage Inter-lock，简称HVIL）是用低压信号监视高压信号回路完整性的一种安全设计方法，它用来检测高压回路中高压连接器的连接状态，识别高压连接器未连接或意外断开的故障，确保高压回路的可靠连接或断开。

2. 为什么需要高压互锁

从系统功能安全的角度出发，每个可能存在的风险，都需要配置相应的安全技术手段予以监测，以降低风险发生的概率。从这个层面出发，高压互锁，作为电动汽车高压系统安全的一个安全措施，在电路设计中使用。

电动汽车高压系统的风险之一，是突然断电，汽车失去动力。可能造成汽车失去动力的原因有几种，其中之一就是高压回路自动松脱。高压互锁可以监测到这种迹象，并在高压断电之前给整车控制器提供报警信息，争取整车系统采取应对措施的时间。

电动汽车的另外一个风险点，是人为误操作，在系统工作过程中，手动断开高压连接器。如果没有高压互锁设计，在断开瞬间，整个回路电压加在断点两端，对于高压连接器这类本身不具备分断能力的器件来说，是非常危险的。电压击穿空气在两个器件之间拉弧，时间虽短，但能量很高，可能对断点周围的人员和设备造成伤害。

还有观点认为，高压互锁主要在车辆上电行车之前发挥作用，检测到电路不完整，则系统无法上电，避免因为虚接等问题造成事故。

3. 高压互锁原理

高压互锁设计有两个问题需要考虑，一个是低压系统怎样检测高压连接器的连接状态；另一个问题是，低压检测回路要超前或滞后于高压回路。即，连接时，高压回路先连接，低压检测回路后连接；断开时，低压检测回路先断开，高压回路后断开。因此高压互锁设计需要从这两个方面出发，考虑整体电路设计和连接器自身设计。

3.1 高压互锁回路设计原理

HVIL的实现首先依靠连接器自身的结构，高压连接器在内部集成了HVIL接口，如下图所示。

高压连接器除了自身的高压大电流接口外，还集成了一个HVIL接口。原理很简单，HVIL接口有两个PIN脚，当高压连接器连接后，两个PIN成短路状态；当高压连接器断开后，这两个PIN脚成开路状态。HVIL功能就是通过检测这两个PIN脚的通断来实现。

为了实现低压检测回路超前或滞后于高压回路，需要调节连接器中低压信号和高压信号插针的高度。一般来说，低压插针短，高压插针长。连接时，当高压插针刚接触时，低压插针还有一段距离；当高压插针已经对接大半时，低压插针才刚接触；当高压插针连接到位时，低压插针也连接到位。反之，断开时，低压插针要超前于高压插针断开。

3.2 高压互锁回路检测原理

由于低压插针和高压插针高度不同，当高压连接器中的HVIL接口与高压接口在插入或拔出时，两个接口的连接状态有个时间差，如下图所示。

当连接器插入时，高压端子先接触，HVIL端子后接触，时间差为∆t1；当连接器拔出时，HVIL端子先断开，高压端子后断开，时间差为∆t2。这样，HVIL端子就能确定判断高压端子已经可靠连接或提前预判其意外断开。这两个时间差的大小与连接器插入或拔出的速度有关，一般在100ms左右。

3.2 HVIL检测电路

HVIL的检测电路比较简单，一般分为两种，直流电压方案和PWM方案，如下图所示。

直流电压方案中，在外部施加一个直流电压源在整个HVIL电路上，通过检测V1和V2处的电压，来判断高压连接器的状态。

PWM方案中，引入一个由PWM信号控制的开关，同样还是检测V1和V2处的电压，不过通过控制开关，可以得到两组值，能够识别出更多的状态。

总结

本文介绍了HVIL电路在高压系统中的作用，高压连接器中HVIL的实现原理和检测方案。高压互锁诊断在电动汽车系统中是一项很重要的安全机制，一旦诊断出故障后，汽车就要根据故障等级进入相应的安全状态。HVIL在电气设计上有很多实现的方式，每种方式的实现都要考虑到各个高低压器件之间的相互关系，需要综合考虑系统的整体需求。