奔馳EQC純電動(dòng)汽車技術(shù)亮點(diǎn)介紹(上)

◆文/福建 林宇清

一、概述

在2016年9月的巴黎國際汽車展，梅賽德斯-奔馳的電動(dòng)科技品牌EQ及其首款概念車型登臺(tái)亮相，揭開了奔馳電動(dòng)化之路的新旅程，EQ代表“Electric Intelligence(電動(dòng)智能)”。全新的EQC純電動(dòng)SUV是EQ品牌旗下的首款量產(chǎn)車型(圖1)，于2019年立冬之夜，國產(chǎn)EQC正式上市，隨之引起了不小的關(guān)注度。這是一款5座、中型豪華SUV、輪廓類似于轎跑車的純電動(dòng)車輛，采用全新的“先鋒豪華”設(shè)計(jì)美學(xué)和奔馳最尖端的智能科技，是國產(chǎn)豪華純電動(dòng)SUV的先行者。

圖1 EQC車型

EQC采用了新的純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過前后異步電機(jī)布局的設(shè)計(jì)在前軸和后軸處各有一個(gè)電機(jī)，控制裝置允許兩個(gè)驅(qū)動(dòng)軸之間的動(dòng)態(tài)扭矩分配介于0～100%之間，從而為較高的車輛行駛動(dòng)態(tài)創(chuàng)造前提條件。電機(jī)為整車提供300kW的動(dòng)力輸出，其電能由位于EQC底板中的大功率高壓蓄電池提供，高壓蓄電池的可用總能量約為80kWh，它可以通過家用插座(圖2)、梅賽德斯- 奔馳壁掛式充電盒或公共充電站進(jìn)行充電。在續(xù)航方面，全新EQC的可達(dá)里程為471km。當(dāng)采用直流快充時(shí)，為EQC充電至80%電量所需時(shí)間最快不超過45min。本文將簡要介紹該款車型的概念及其工作原理。

圖2 家用充電

二、高壓電氣系統(tǒng)

EQC的電源由兩個(gè)獨(dú)立的車載電氣系統(tǒng)提供，帶高壓蓄電池的高壓車載電氣系統(tǒng)和帶12V蓄電池的低壓車載電氣系統(tǒng)。

1.高壓蓄電池

高壓蓄電池安裝在乘客車廂下方，由6個(gè)模塊組成，共包含384個(gè)最新一代鋰電池，其中2個(gè)模塊包含 48個(gè)鋰電池，而另外4個(gè)模塊包含72個(gè)鋰電池(圖3)。另外，高壓蓄電池具有3個(gè)控制單元，兩個(gè)控制蓄電池管理，第3個(gè)即網(wǎng)關(guān)， 確保前2個(gè)單元之間的通信。蓄電池管理系統(tǒng)控制單元監(jiān)測互鎖電路、電壓、電流、溫度、接觸器的狀態(tài)、絕緣監(jiān)測的狀態(tài)等參數(shù)。

圖3 電池包

當(dāng)車輛充滿電時(shí)，高壓蓄電池輸送365V的名義上的輸出電壓。在必要情況下，集成在高壓蓄電池模塊中的接觸器可將高壓蓄電池的高電壓出口從高壓系統(tǒng)上斷開，高壓蓄電池還通過直流/直流轉(zhuǎn)換器為12V電氣系統(tǒng)供電。高壓蓄電池允許的工作溫度為-25～60℃，該溫度由溫度傳感器記錄在蓄電池管理控制單元中。高溫會(huì)縮短高壓蓄電池的使用壽命，因此，在正常工作條件下，高壓蓄電池通過冷卻液回路進(jìn)行冷卻。

2.直流充電連接單元

直流充電連接單元位于行李艙底板的右下方(圖4)。 除了能夠在“正常”網(wǎng)絡(luò)連接 (AC)上進(jìn)行充電外，還能通過直流充電站對(duì)車輛進(jìn)行充電，其通常被描述為快速充電站，確保對(duì)車輛進(jìn)行直流充電。

圖4 N116/5 直流電充電連接單元

3.高壓蓄電池交流充電器

高壓蓄電池的交流充電器位于載物艙底板的左下方(圖5)，其功能是將外部電源 (例如充電站) 的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。

圖5 N83/11 高壓蓄電池交流充電器

4.直流/直流轉(zhuǎn)換器控制單元

直流/直流轉(zhuǎn)換器控制單元位于發(fā)動(dòng)機(jī)艙后方區(qū)域的一個(gè)支架上(圖6)，其功能是將高壓蓄電池的直流電壓轉(zhuǎn)換成12V直流電壓，為12V車載電氣系統(tǒng)充電。

圖6 N83/1 直流/直流轉(zhuǎn)換器控制單元

5.電力電子裝置

該裝置集成在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，并直接連接至高壓蓄電池模塊和冷卻液回路中(圖7、圖8)。其任務(wù)主要為：向電機(jī)供電、控制電機(jī)、監(jiān)測電機(jī)的溫度和位置、為傳動(dòng)系統(tǒng)控制單元?jiǎng)?chuàng)建可用扭矩的診斷和預(yù)測。為使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn), 電力電子裝置中的交流/直流轉(zhuǎn)換器將高壓蓄電池的直流電壓轉(zhuǎn)換為3相交流電壓，因此, 電機(jī)的轉(zhuǎn)速和溫度由電力電子裝置進(jìn)行記錄。如果電機(jī)在超速模式下運(yùn)轉(zhuǎn), 那么電機(jī)將作為發(fā)電機(jī)工作, 將感應(yīng)的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓并存儲(chǔ)在高壓蓄電池中。

圖7 N129/1電機(jī)1電力電子控制單元

圖8 N129/2電機(jī)2電力電子控制單元

6.高壓電源分配器

高電壓電源分配器 (F34/6)位于發(fā)動(dòng)機(jī)艙的后方區(qū)域中(圖9)，其作用類似于低壓供電系統(tǒng)中的熔絲盒，將高壓蓄電池提供的直流電分配到以下高電壓部件：

圖9 F34/6高電壓電源分配器

電動(dòng)制冷劑壓縮機(jī) (A9/6)；

高電壓正溫度系數(shù) (PTC) 加熱器 (車內(nèi)) (N33/4)；

高電壓正溫度系數(shù) (PTC) 加熱器 (高壓蓄電池) (N33/5) ；

直流/直流轉(zhuǎn)換器控制單元 (N83/1) 。

為保護(hù)高電壓部件的線路，4個(gè)固定裝置位于高電壓電源分配器中， 固定裝置可以訪問和更改。

7.高壓正溫度變化系數(shù)(PTC)加熱器

高電壓正溫度系數(shù)(PTC)加熱器N33/4和N33/5位于發(fā)動(dòng)機(jī)艙中(圖10)，并由高電壓電源分配器供電。兩個(gè)加熱器都是高電壓水加熱器并且結(jié)構(gòu)相同，N33/4為車內(nèi)產(chǎn)生熱量，N33/5 用于在車外低溫時(shí)加熱高壓蓄電池，如有必要, 也為車內(nèi)產(chǎn)生附加熱量。

圖10 PTC加熱器

三、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

作為新產(chǎn)品，EQC代表了梅賽德斯-奔馳全新研發(fā)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它在前橋和后橋上采用了緊湊型電子傳動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電機(jī)、直流/交流轉(zhuǎn)換器和變速器組成，后橋通過該裝置裝配了附加駐車止動(dòng)爪。變速器由一個(gè)2級(jí)輸入變速器和一個(gè)集成式圓錐齒輪差速器組成。左側(cè)行駛方向電機(jī)2的變速器和右側(cè)行駛方向電機(jī)1的變速器安裝在電機(jī)上(圖11、圖12)。由于電機(jī)的自身特征，不需要使用離合器。在減速和制動(dòng)模式下，車輛的機(jī)械旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)被轉(zhuǎn)化為電能，為高壓蓄電池充電。2個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)合起來輸出最大為300kW的功率，并具備全輪驅(qū)動(dòng)的駕駛特性。

圖11 A79/1 電機(jī)1

圖12 A79/2 電機(jī)2

四、高壓電系統(tǒng)的基本功能

高壓蓄電池為能源需求高的用電設(shè)備提供電能，如制冷劑壓縮機(jī)或PTC加熱器，并通過直流/直流轉(zhuǎn)換器為12V車載蓄電池充電。在特定行駛條件下，電機(jī)在發(fā)電機(jī)模式下用于產(chǎn)生電能 (能量回收)，然后存儲(chǔ)在高壓蓄電池中。電力電子裝置、高壓蓄電池和高壓用電設(shè)備之間通過高壓電源分配器相互連接，電源分配器上的熔絲保護(hù)高壓用電設(shè)備。電力電子裝置向驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供交流高壓電，從而使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。圖13所示為高壓電分配圖。

圖13 高壓電分配圖

五、冷卻裝置

高壓車載電氣系統(tǒng)部件的冷卻通過2個(gè)相互未連接的封閉冷卻液回路實(shí)現(xiàn)，即低溫回路1和低溫回路2(圖14、圖15)。低溫回路1冷卻電機(jī)1和2、直流/直流轉(zhuǎn)換器以及高壓蓄電池的交流充電器，低溫回路2冷卻高壓蓄電池，兩條回路都各有一個(gè)轉(zhuǎn)速可調(diào)的冷卻液泵和多個(gè)調(diào)節(jié)閥。為降低能量消耗和車速較高時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)艙中的冷卻速度，冷卻器前方安裝了空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在特定情況下2個(gè)促動(dòng)馬達(dá)會(huì)打開和關(guān)閉空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。低溫回路的2個(gè)冷卻器集成在一個(gè)冷卻模塊中，其后部中央位置有一個(gè)風(fēng)扇馬達(dá) (M4/7)用于為該模塊通風(fēng)。傳動(dòng)系統(tǒng)控制單元 (N127) 評(píng)估2個(gè)回路的溫度傳感器數(shù)據(jù)，并在必要時(shí)通過局域互聯(lián)網(wǎng)(LIN)促動(dòng)風(fēng)扇馬達(dá)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和冷卻液循環(huán)泵。

圖14 低溫回路1

圖15 低溫回路2

在車外溫度較低時(shí)，低溫回路1的冷卻液還以最低流率 (具體取決于冷卻液溫度) 流過電力電子裝置。根據(jù)車外溫度，高壓蓄電池的廢熱通過低溫回路2冷卻器或連接至制冷劑回路的熱交換器進(jìn)行散熱，且通過促動(dòng)高壓蓄電池冷卻轉(zhuǎn)換閥可調(diào)節(jié)低溫回路2。熱交換器通過噴射到其內(nèi)部并蒸發(fā)的制冷劑對(duì)冷卻液進(jìn)行冷卻，冷卻后的冷卻液隨后可傳送至低溫回路2。當(dāng)高壓蓄電池溫度較低時(shí)，冷卻液流過與高壓蓄電池冷卻膨脹閥隔離的熱交換器。

如果能源管理系統(tǒng)確定啟用，那么傳動(dòng)系統(tǒng)控制單元通過CAN總線請(qǐng)求自動(dòng)空調(diào)控制單元 (N22/1)促動(dòng)電動(dòng)制冷劑壓縮機(jī)，N22/1據(jù)此通過LIN線促動(dòng)電動(dòng)制冷劑壓縮機(jī)。高壓蓄電池冷卻膨脹閥由N22/1控制打開，然后制冷劑流過熱交換器，通過此方式，從低溫回路2提取熱量。冷卻輸出主要取決于電動(dòng)制冷劑壓縮機(jī)的促動(dòng)水平，如果高壓蓄電池的充電量過低， 則電動(dòng)制冷劑壓縮機(jī)的輸出功率將被調(diào)節(jié)降至0。

六、聲音環(huán)境保護(hù)

純電動(dòng)汽車在所有操作模式下行駛時(shí)，車輛的噪音較小，視力受損或觀察不仔細(xì)的行人，通過車輛行駛方向?qū)⒋嬖陲L(fēng)險(xiǎn)。因此，電動(dòng)汽車往往具備低速預(yù)警系統(tǒng)，以降低電動(dòng)汽車與行人發(fā)生碰撞的傷害率。EQC裝備了結(jié)構(gòu)相同的兩個(gè)發(fā)聲器用于提醒行人，發(fā)聲器分別位于車輛的右前發(fā)動(dòng)機(jī)艙和后備箱的底部區(qū)域(圖16、圖17)。 發(fā)聲器包含一個(gè)控制單元、一個(gè)音頻結(jié)束級(jí)和一個(gè)揚(yáng)聲器。根據(jù)車速和加速踏板位置，發(fā)聲器在0和30km/h自動(dòng)產(chǎn)生音頻信號(hào)。在車速超過30km/h后， 由于電動(dòng)車的滾動(dòng)噪音和風(fēng)噪足夠大，發(fā)聲器停用。

圖16 H4/16發(fā)聲器

圖17 H4/135發(fā)聲器

(未完待續(xù))