大眾ID.4純電動汽車高電壓系統詳解(上)

◆文/北京 馮永忠

大眾ID.4純電動汽車是2021年世界年度車型，高電壓系統經過全新設計，與模塊化純電動平臺架構無縫集成。動力蓄電池是車輛底盤的一部分，安裝在車輛下部，以提供較低的重心。ID.4純電動汽車高電壓系統如圖1所示。

ID.4上市后先配備了82kWh的動力蓄電池，稍后將提供62kWh動力蓄電池的車型。82kWh動力蓄電池在12個電池模塊中有288個單體電池。這些電池模塊安裝在一個輕型鋁制結構的殼體中，動力蓄電池外殼用螺栓固定在車身上。

ID.4可以通過交流(AC)和直流(DC)快速充電樁充電。車載充電器允許ID.4充電使用家用或公共2級充電樁，動力蓄電池充電1h，可以行駛約53km，并在約7.5h內充滿電(圖2)。在直流快速充電站，使用125kW的充電樁，ID.4可以在大約38min內從5%充電到80%，充電口如圖3所示。

一、電氣元件位置

ID.4純電動汽車的高電壓電氣元件包括動力蓄電池AX2、電壓轉換器A19、高電壓加熱器(PTC)ZX17、PTC加熱器元件Z132、空調壓縮機VX81、動力蓄電池充電器AX4、充電口UX4、三相電流驅動電機VX54、電機電力和控制電子裝置JX1，電氣元件位置如圖4所示。

二、動力蓄電池AX2

82kWh鋰離子動力蓄電池AX2的最大交流充電功率為11kW，最大直流充電功率為125kW。包括12個蓄電池模塊，如圖5所示。62kWh鋰離子動力蓄電池的最大交流充電功率為7.2kW，最大直流充電功率為50kW。包括9個蓄電池模塊，如圖6所示。

鋰離子動力蓄電池AX2的技術規范包括質量382~503kg，凈能量含量58~77kWh，額定電壓400V，蓄電池模塊數量9～12個，容量156 ~234Ah，冷卻系統使用液體冷卻，工作溫度范圍為-28~60℃，防護等級IP6K7、IP6K9K。動力蓄電池正負極位置如圖7所示。

1.蓄電池模塊

對于82kWh的動力蓄電池，蓄電池模塊配置為8個串聯和3個并聯。對于62kWh蓄電池，蓄電池模塊布置為12個串聯和2個并聯。蓄電池模塊技術規范如表1所示，單體排布如圖8~10所示。

2.高低壓電氣接頭

動力蓄電池的高低壓電氣接頭如圖11所示。低壓電氣接頭端子包括端子30、端子30C、端子31、安全氣囊控制電腦J234、動力蓄電池冷卻液溫度傳感器G898、動力蓄電池冷卻液溫度傳感器G899、控制線、加熱元件(PTC) Z132、動力系CAN總線、動力蓄電池冷卻液泵V590、動力蓄電池加熱混合閥V683、動力蓄電池加熱混合閥V696。

3.動力蓄電池的開關單元

動力蓄電池兩個開關單元之間的元件有不同的分工，這樣能夠適應不同動力蓄電池所需的不同空間。ID.4電機電力和控制電子裝置JX1中的中間電路電容器C25由電壓轉換器A19預充電，這樣就不需要預充電繼電器和預充電電阻器。62kWh動力蓄電池的開關單元如圖12所示。

4.動力蓄電池控制裝置負極端子SX7的開關單元

動力蓄電池中斷熔絲S415是一種煙火式熔絲，可以提高高壓系統的安全級別。發生故障時，它的跳閘速度比高壓繼電器快。如果熔絲跳閘，則必須更換整個動力蓄電池控制裝置SX7，而不能只替換或復位熔絲。高壓接頭上有電壓端子，蓄電池調節控制裝置J840使用這些端子監控高壓接頭。動力蓄電池控制裝置負極端子SX7的開關單元如圖13所示。

5.動力蓄電池控制裝置正極端子SX8的開關單元

動力蓄電池控制裝置正極端子SX8的開關單元內部有一個高壓系統熔絲S352。這個熔絲一旦熔斷，無法更換或復位，需要更換整個動力蓄電池控制裝置正極端子SX8的開關單元。這個熔絲保護的高壓系統元件包括動力蓄電池充電器AX4、加熱元件(PTC)Z132、高壓加熱器(PTC)ZX17、空調壓縮機VX81、電壓轉換器A19。動力蓄電池控制裝置正極端子SX8的開關單元如圖14所示。

6.蓄電池調節控制裝置J840

蓄電池調節控制裝置J840的功能包括使用動力系CAN總線進行通信，內部數據總線系統的主控制單元，監測和控制動力蓄電池中的開關單元，對控制線進行監測，監測絕緣電阻，提供動力蓄電池的測量值，在發生故障時，熔斷熔絲S415，中斷動力蓄電池供電。蓄電池調節控制裝置如圖15所示。

蓄電池調節控制裝置J840的針腳分配包括32針連接、12針連接和40針連接。32針連接接到蓄電池外殼上的低壓電氣接頭，連接CAN總線和LIN總線的蓄電池模塊控制裝置J1208–J1210，以及蓄電池外殼的接地連接。12針連接動力蓄電池開關單元中高壓接頭前后的電壓信號。40針連接高壓蓄電池中斷熔絲S415，動力蓄電池高壓加熱器1號溫度傳感器G1132，動力蓄電池高壓加熱器2號溫度傳感器G1133，動力蓄電池電壓傳感器G848，動力蓄電池電壓2號傳感器G1131。

7.蓄電池模塊控制裝置J1208-J1210

每個蓄電池模塊控制裝置最多連接4個蓄電池模塊。根據蓄電池的大小，使用2～3個控制裝置。通過蓄電池模塊控制裝置J1208-J1210，蓄電池調節控制裝置J840可以監測蓄電池電壓，監測模塊溫度，平衡單體電池，如圖16所示。

22針連接將蓄電池模塊控制裝置連接到各個蓄電池模塊。12針連接用于連接其他蓄電池模塊控制裝置或蓄電池調節控制裝置J840。ID.4車型的單體電池具有被動平衡功能。這表示使用電阻器可以將所有單體電池放電至單體電池的最弱電壓等級。

三、三相電流驅動電機VX54

三相電流驅動電機VX54與電機電力和控制電子裝置JX1一起安裝在車輛后部。它與低溫冷卻回路相連。三相電流驅動電機VX54包括帶轉子和定子的電機V141、電機溫度傳感器G712、電機轉子位置傳感器G713。電機V141如圖17所示。

電機V141的定子采用發夾法制造。單個定子元件看起來像發夾。除了自動化大批量生產的優勢外，與繞線線圈設計相比，定子具有更好的散熱和更低的轉子損耗。

1.電機溫度傳感器G712

電機溫度傳感器G712位于兩個定子電磁線圈之間，以改進信號檢測。它是負熱系數(NTC)傳感器，向電機電力和控制電子裝置JX1報告電機溫度。電機溫度傳感器的溫度信號可以防止電機V141過熱。溫度達到160℃時，電機降低輸出功率。電機溫度傳感器G712如圖18所示。

2.電機轉子位置傳感器G713

電機轉子位置傳感器G713安裝在三相電流驅動電機VX54上，作為具有高級評估功能的感應傳感器。傳感器輪安裝在驅動它的電機轉子上。電機轉子位置傳感器G713判斷位置、旋轉方向和部件公差。它直接與電機電力和控制電子裝置JX1連接。電機轉子位置傳感器G713如圖19所示。

(未完待續)