2020款寶馬iX3純電動(dòng)汽車高電壓系統(tǒng)解析（二）

常州交通技師學(xué)院 施鋅濤

2.1.4 電氣及冷卻液接口

如圖13所示，高壓蓄電池（SE16）上共有3個(gè)高壓接口、1個(gè)低壓車載網(wǎng)絡(luò)接口及冷卻液循環(huán)回路接口，另外還有1個(gè)100 A的高電壓熔絲。

圖13 高壓蓄電池（SE16）上電氣及冷卻液接口

（1）一個(gè)高壓接口連接至聯(lián)合充電單元（CCU），一個(gè)高壓接口連接至電氣化驅(qū)動(dòng)單元（EAE），第3個(gè)高壓接口連接至直流充電接口。

（2）100 A的高電壓熔絲為高電壓附加組件及聯(lián)合充電單元（CCU）提供電氣保護(hù)。高電壓附加組件包括電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)（EKK）、用于高壓蓄電池單元的電加熱裝置及用于車內(nèi)空間的電子暖風(fēng)裝置。該高電壓熔絲允許更換，且更換時(shí)無需拆卸高壓蓄電池（SE16）。

（3）低壓車載網(wǎng)絡(luò)接口連接著存儲器電子管理系統(tǒng)（SME）的供電和搭鐵線、總線端30C碰撞信號線、碰撞安全模塊（ACSM）的碰撞信號線、車身域控制器（BDC）的喚醒線、高壓安全插頭的狀態(tài)識別線、CANFD總線及冷卻液進(jìn)液管路中的單向閥控制線等。

（4）冷卻液循環(huán)回路接口連接至高壓蓄電池（SE16）冷卻液循環(huán)回路，以對高壓蓄電池（SE16）進(jìn)行加熱和冷卻。

2.1.5 排氣單元

如圖14所示，高壓蓄電池（SE16）上總共有4個(gè)排氣單元，均位于后部區(qū)域的殼體蓋上。排氣單元具有以下2個(gè)功能。

圖14 排氣單元的位置

（1）平衡高壓蓄電池（SE16）內(nèi)部與外部的壓力差。在單格電池?fù)p壞的情況下，其內(nèi)部與外部會(huì)產(chǎn)生較大的壓力差。在這種情況下，單格電池首先從標(biāo)準(zhǔn)斷裂位置（圖15）排氣，接著氣體再通過排氣單元排放至高壓蓄電池（SE16）外部。溫度為-40 ℃ ~80 ℃時(shí)，排氣單元的觸發(fā)壓力為0.2 bar~0.5 bar（1 bar=100 kPa）。

圖15 單格電池排氣的標(biāo)準(zhǔn)斷裂位置

（2）排放高壓蓄電池（SE16）內(nèi)部產(chǎn)生的冷凝水。在環(huán)境溫度較低或激活冷卻功能時(shí)，高壓蓄電池（SE16）內(nèi)部的水蒸氣會(huì)從空氣中冷凝，從而形成少量的液態(tài)水。這些水一開始并不會(huì)造成任何功能影響，在下一次高壓蓄電池（SE16）內(nèi)的空氣或外殼受熱時(shí)，水會(huì)蒸發(fā)，同時(shí)外殼內(nèi)的壓力會(huì)略微升高。通過讓受熱的空氣朝外逃逸，排氣單元就可以實(shí)現(xiàn)壓力平衡。在此過程中，空氣中所含的水蒸氣會(huì)被一起排放到外部，而之前的液態(tài)冷凝水也會(huì)通過這種方式實(shí)現(xiàn)排放。

如圖16所示，排氣單元內(nèi)有1個(gè)氣體可以透過、但液體不能透過的膜片。在膜片上方，有1根芯棒，它在高壓蓄電池（SE16）內(nèi)部壓力過高的情況下會(huì)刺破膜片，以快速釋放壓力，避免更大的損失。

圖16 排氣單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.1.6 高壓蓄電池（SE16）的系統(tǒng)電路

高壓蓄電池（SE16）的系統(tǒng)電路如圖17所示。

圖17 高壓蓄電池（SE16）的系統(tǒng)電路

2.2 聯(lián)合充電單元（CCU）

如圖18所示，聯(lián)合充電單元（CCU）可以在高壓車載網(wǎng)絡(luò)和12 V車載網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)眾多功能，包括eDRIVE管理、熱量管理、高壓動(dòng)力管理、為12 V車載網(wǎng)絡(luò)供電、協(xié)調(diào)和監(jiān)控充電過程、將電能分配給電加熱裝置和電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)（EKK）、通過CAN-FD總線與其他控制模塊通信及診斷功能等。聯(lián)合充電單元（CCU）上的接口如圖19所示。

圖18 聯(lián)合充電單元（CCU）的輸入和輸出信號

圖19 聯(lián)合充電單元（CCU）上的接口

聯(lián)合充電單元（CCU）工作效率非常高，在輸出滿負(fù)荷功率時(shí)必須加以冷卻，因此它被集成到充電和驅(qū)動(dòng)組件的冷卻液循環(huán)回路中。聯(lián)合充電單元（CCU）中的DC-DC轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)將高電壓車載網(wǎng)絡(luò)中的電壓降低至低電壓車載網(wǎng)絡(luò)中的電壓，并且承擔(dān)著傳統(tǒng)車輛中發(fā)電機(jī)的功能。根據(jù)12 V車載網(wǎng)絡(luò)蓄電池的電量和溫度，DC-DC轉(zhuǎn)換器通常向低壓車載網(wǎng)絡(luò)輸出約為14 V的電壓，最高約為15.5 V。聯(lián)合充電單元（CCU）中的AC-DC轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為高壓蓄電池（SE16）充電。

2.3 電氣化驅(qū)動(dòng)單元（EAE）

如圖20所示，電氣化驅(qū)動(dòng)單元（EAE）主要由電機(jī)（EM）、電機(jī)電子裝置（EME）、變速器、駐車鎖止模塊及機(jī)油模塊等部件組成。

圖20 電氣化驅(qū)動(dòng)單元（EAE）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

電機(jī)電子裝置（EME）上的接口如圖21所示。電機(jī)電子裝置（EME）負(fù)責(zé)的任務(wù)主要有：與車輛的車載網(wǎng)絡(luò)通信；促動(dòng)電機(jī)（EM）；促動(dòng)油泵；促動(dòng)駐車鎖止器。為促動(dòng)電機(jī)（EM），電機(jī)電子裝置（EME）集成有整流器、逆變器及DC-DC轉(zhuǎn)換器。如圖22所示，雙向整流器和逆變器負(fù)責(zé)將來自高壓蓄電池（SE16）的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電，以便促動(dòng)電機(jī)（EM）產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。反過來，在制動(dòng)能量回收的過程中，需要將電機(jī)（EM）用作發(fā)電機(jī)，則雙向整流器和逆變器會(huì)將電機(jī)（EM）產(chǎn)生的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電，從而可以為高壓蓄電池（SE16）充電。由于該車的電機(jī)（EM）為他勵(lì)同步電機(jī)，因此還需要1個(gè)DC/DC 轉(zhuǎn)換器為轉(zhuǎn)子線圈提供產(chǎn)生磁場所需的電流。

圖21 電機(jī)電子裝置（EME）上的接口

圖22 雙向整流器和逆變器的運(yùn)行模式

2.4 電氣加熱裝置

該車有2個(gè)電氣加熱裝置，一個(gè)是用于高壓蓄電池（SE16）的電加熱裝置，另一個(gè)是用于車內(nèi)空間的電子暖風(fēng)裝置。這2個(gè)電氣加熱裝置均連接在高壓車載網(wǎng)絡(luò)上，并且結(jié)構(gòu)相同。電氣加熱裝置上的接口如圖23所示，內(nèi)部電路如圖24所示。

圖23 電氣加熱裝置上的接口

圖24 電氣加熱裝置內(nèi)部電路

電氣加熱裝置通過3個(gè)加熱線圈實(shí)現(xiàn)電加熱功能，它們具有相同的功率，并且通過錯(cuò)開相位的脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制，使加熱功率可以在0.5 kW~5.5 kW無級調(diào)節(jié)。用于高壓蓄電池（SE16）的電加熱裝置通過LIN總線與聯(lián)合充電單元（CCU）進(jìn)行通信，用于車內(nèi)空間的電子暖風(fēng)裝置通過LIN總線與自動(dòng)恒溫空調(diào)控制單元（IHKA）進(jìn)行通信。

2.5 電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)（EKK）

電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)（EKK）上的接口如圖25所示。如圖26所示，電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)（EKK）集成有電子控制裝置和逆變器，二者均被流過的制冷劑冷卻，若逆變器溫度超過125 ℃，則電子控制裝置切斷高壓供電。逆變器將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓。電子控制裝置通過LIN總線與自動(dòng)恒溫空調(diào)控制單元（IHKA）通信，并根據(jù)自動(dòng)恒溫空調(diào)控制單元（IHKA）的請求調(diào)節(jié)三相同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速。三相同步電機(jī)最高轉(zhuǎn)速為8 600 r/min，可產(chǎn)生約3 MPa的最大工作壓力。

圖25 電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)（EKK）上的接口

圖26 電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)（EKK）內(nèi)部電路

如圖27所示，電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)（EKK）采用渦旋式壓縮機(jī)，渦旋形內(nèi)盤由三相同步電動(dòng)機(jī)通過一根軸驅(qū)動(dòng)并偏心旋轉(zhuǎn)。隨著渦旋形內(nèi)盤的偏心旋轉(zhuǎn)，氣態(tài)制冷劑（低溫、低壓狀態(tài)）通過固定的渦旋形外盤上的開口被吸入，經(jīng)壓縮和加熱后，從渦旋形外盤中部的開口釋放。

圖27 渦旋形內(nèi)盤和外盤