比亞迪e5 車高壓電控總成的原理與檢修（二）

深圳技師學(xué)院 李清明

2 高壓電控總成的工作原理

2.1 高壓安全保護(hù)

（1）碰撞斷高壓電保護(hù)。如果車輛發(fā)生碰撞，BMS接收到安全氣囊展開(kāi)信號(hào)后，通過(guò)斷開(kāi)系統(tǒng)主接觸器來(lái)切斷高壓電。

（2）漏電斷高壓電保護(hù)。漏電傳感器主要監(jiān)測(cè)與高壓電池相連接的正極母線或負(fù)極母線與車身底盤(pán)間的絕緣電阻，來(lái)判定高壓系統(tǒng)是否存在漏電。漏電傳感器將漏電數(shù)據(jù)信息通過(guò)CAN通訊發(fā)送給BMS和VTOG控制器，然后采取相應(yīng)保護(hù)措施。漏電判定及措施見(jiàn)表1所列。

（3）高壓互鎖保護(hù)。高壓互鎖保護(hù)分為結(jié)構(gòu)互鎖和功能互鎖兩部分。結(jié)構(gòu)互鎖是指車輛的主要高壓連接器均帶有互鎖回路（圖13），當(dāng)其中某個(gè)連接器帶電斷開(kāi)時(shí)，BMS便會(huì)檢測(cè)到高壓互鎖回路存在斷路，為保護(hù)人員安全，將立即進(jìn)行報(bào)警并斷開(kāi)主高壓回路電氣連接，同時(shí)激活主動(dòng)泄放。功能互鎖是指當(dāng)車輛進(jìn)行充電或插充電槍時(shí)，高壓電控系統(tǒng)會(huì)限制車輛不能通過(guò)自身驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以防發(fā)生安全事故。

2015年產(chǎn)比亞迪e5車沒(méi)有安裝維修開(kāi)關(guān)，2015年后產(chǎn)的比亞迪e5車安裝維修開(kāi)關(guān)，其高壓互鎖電路示意圖如圖14所示。

表1 漏電判定及措施

圖13 高壓連接器的互鎖保護(hù)

圖14 2015年后產(chǎn)的比亞迪e5車高壓互鎖電路示意圖

安裝維修開(kāi)關(guān)的高壓互鎖回路依次將BMS的端子BK45（A）/1、PTC模塊的端子B52/1和端子B52/2、高壓電控總成的端子B28（B）/22和端子B28（B）/23、高壓電池包的端子KxK51/29和端子KxK51/30、BMS的端子BK45（B）/7串聯(lián)起來(lái)。高壓電控總成的高壓互鎖回路經(jīng)母線“-”連接器、母線“+”連接器、PTC線束連接器、空調(diào)壓縮機(jī)線束連接器依次串接起來(lái)。

（4）主動(dòng)泄放保護(hù)。5 s內(nèi)把預(yù)充電容電壓降低到≤60 V，迅速釋放危險(xiǎn)電能，主動(dòng)泄放模塊的泄放電阻為7.5 Ω。

（5）被動(dòng)泄放保護(hù)。2 min內(nèi)把預(yù)充電容電壓降低到≤60 V，被動(dòng)泄放是主動(dòng)泄放失效的二重保護(hù)。被動(dòng)泄放電阻（75 kΩ）直接接于660 μF高壓電容器正負(fù)極兩端，上電后一直處于耗電狀態(tài)，但電流很小，損耗可忽略不計(jì)。

2.2 上電過(guò)程

車身控制模塊（MICU）采集到“制動(dòng)踏板”與“起動(dòng)按鈕”命令后，由VTOG控制器與無(wú)鑰匙系統(tǒng)模塊（Keyless-ECU）進(jìn)行防盜認(rèn)證，認(rèn)證成功后吸合IG1繼電器并發(fā)送“起動(dòng)開(kāi)始”報(bào)文，通過(guò)網(wǎng)關(guān)發(fā)送給VTOG控制器和BMS。BMS得電且收到報(bào)文后，BMS先吸合預(yù)充接觸器并進(jìn)行自檢，檢查是否存在嚴(yán)重欠壓、嚴(yán)重過(guò)壓、嚴(yán)重漏電、嚴(yán)重過(guò)溫、接觸器燒結(jié)、高壓互鎖鎖止等異常情況，如果檢測(cè)存在異常情況則上電失敗，如果未檢測(cè)到異常情況，則吸合負(fù)極接觸器，高壓電池的高壓電經(jīng)過(guò)與預(yù)充接觸器串聯(lián)的限流電阻加載到VTOG控制器母線上，然后判斷預(yù)充是否成功。VTOG控制器檢測(cè)到母線上的電壓達(dá)到高壓電池額定電壓的設(shè)定值時(shí)，通過(guò)CAN通訊向BMS反饋預(yù)充滿信號(hào)，如果不預(yù)充直接接通接觸器，由于母線電容在通電瞬間相當(dāng)于短路狀態(tài)，會(huì)使過(guò)大電流流過(guò)接觸器，因而可能產(chǎn)生接觸器燒結(jié)等不良后果，當(dāng)無(wú)嚴(yán)重漏電信號(hào)、直流母線電壓達(dá)到設(shè)定值且直流低壓系統(tǒng)無(wú)低壓警告時(shí)，BMS判定預(yù)充成功，BMS控制主接觸器吸合，斷開(kāi)預(yù)充接觸器，點(diǎn)亮OK燈，上電成功。

2.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)的原理

比亞迪e5車的高壓電控總成有多種版本，根據(jù)年款等有所變化，分原版高壓電控總成與簡(jiǎn)版高壓電控總成。

比亞迪的漏電傳感器有2種，一種接于正極，一種接于負(fù)極，兩者不可互換。驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，3個(gè)電機(jī)接觸器閉合，高壓電經(jīng)IGBT逆變橋（6個(gè)絕緣柵雙極晶體管在ON和OFF間切換）變換出交流電并輸送給電機(jī)，利用旋轉(zhuǎn)變壓器技術(shù)和空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）控制算法來(lái)控制電機(jī)正轉(zhuǎn)（前進(jìn)）或反轉(zhuǎn)（倒車）。

2.4 再生制動(dòng)時(shí)的原理

車輛減速或制動(dòng)時(shí)，電機(jī)由車輪驅(qū)動(dòng)，再生制動(dòng)功能使電機(jī)起到發(fā)電機(jī)的作用，將電能存儲(chǔ)到高壓電池中。

2.5 單相交流充電原理

當(dāng)使用便攜式充電器或功率不大于3.3 kW的交流充電器進(jìn)行充電時(shí)，VTOG控制器能自動(dòng)識(shí)別出充電設(shè)備，并喚醒車載充電器，激活交流充電正極接觸器，對(duì)高壓電池進(jìn)行充電。

當(dāng)使用功率大于3.3 kW的交流充電器進(jìn)行充電時(shí)，在N相線與B相線（對(duì)電機(jī)一側(cè)而言）間增加單相切換接觸器，VTOG控制器收到單相充電指令時(shí)，控制單相切換接觸器吸合，使B相線和N相線連接，由A相、B相作為L(zhǎng)1相、N相線使用，充電槍連接插頭需使用專用連接插頭或其L2相、L3相不做使用的連接插頭。當(dāng)VTOG控制器收到單相充電指令時(shí)，控制單相/三相切換接觸器其中的2個(gè)接觸器閉合，使三相充電插座的L1相、L2相與單相充電插座的L1相、N相線導(dǎo)通。

2.6 三相交流充電原理

系統(tǒng)收到充電指令時(shí)，將BMS允許的最大充電電流、供電設(shè)備最大供電電流和充電連接裝置的額定電流相比較，VTOG控制器判斷這三者中最小的充電電流，自動(dòng)選擇充電相關(guān)參數(shù)，同時(shí)系統(tǒng)對(duì)供電設(shè)備輸送的交流電進(jìn)行采樣，VTOG控制器通過(guò)采樣值計(jì)算出交流電電壓有效值，再通過(guò)捕獲來(lái)確定交流電頻率，根據(jù)電壓有效值和頻率判斷出交流電電制，根據(jù)電網(wǎng)電制選取控制參數(shù)。確定控制參數(shù)后，VTOG控制器控制繼電器板的三相交流預(yù)充繼電器和濾波電容繼電器吸合，對(duì)直流側(cè)母線電容進(jìn)行充電，當(dāng)電容電壓達(dá)到規(guī)定值后吸合單相/三相切換接觸器，同時(shí)斷開(kāi)繼電器板的三相預(yù)充繼電器，此時(shí)VTOG控制器發(fā)送PWM信號(hào)，控制雙向DC/AC模塊對(duì)交流電進(jìn)行可控整流，再根據(jù)高壓電池電壓，對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，最后把直流電輸送給高壓電池。在此過(guò)程中，VTOG控制器根據(jù)預(yù)先選定的目標(biāo)充電電流和電流采樣反饋的相電流，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)的電流調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電池進(jìn)行充電。

2.7 直流充電原理

比亞迪e5車除了可采用交流充電方式外，還具有直流充電的快速充電方式。

直流充電主要是通過(guò)充電站的充電柜將直流高壓電直接通過(guò)直流充電口給高壓電池充電。

當(dāng)使用的直流充電柜最大輸出電壓小于高壓電池電壓時(shí)，直流充電升壓器工作，將下橋臂的增壓IGBT置于ON，使直流充電柜的電力為電感充電。電感存儲(chǔ)了電能，將下橋臂的增壓IGBT置于OFF，電感產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使電壓升至合適的充電電壓，電流持續(xù)從電感中流出，通過(guò)上橋臂IGBT流入母線電容和高壓電池。