寶馬X1 PHEV高電壓組件的電機電子裝置(下)

◆文/山東 劉春暉

(接上期)

三、DC/DC轉換器

電機電子裝置中的DC/DC轉換器操作模式包括：備用(組件故障、短路、電力電子裝置閉合)、降壓模式(能量傳送至低壓側，轉換器調整低壓側的電壓)、高壓鏈路電容器放電(聯鎖故障，事故，控制要求)。DC/DC轉換器的操作原理如圖11所示。

電機電子裝置未投入運行時，DC/DC轉換器處于“備用”模式。當未向EME控制單元供給指定電壓時會出現這種狀況，比如：終端狀態。但是如果存在故障，EME控制單元會促使DC/DC轉換器進行“備用”模式。在這種操作模式中，兩個汽車電氣系統之間不存在能量傳輸，電流相互獨立。

當高壓系統處于啟用狀態時，降壓模式是一種正常的操作模式。DC/DC轉換器將高壓電氣系統的電能傳送至12V汽車電氣系統，并在常規汽車中承擔發電機的功能。DC/DC轉換器必須降低高壓電氣系統至汽車低壓電氣系統的電壓變化。汽車高壓電氣系統中的電壓(比如)取決于高壓蓄電池單元的充電狀態(220~300V左右)。

汽車低壓電氣系統中的電壓可以控制DC/DC轉換器，確保12V蓄電池處于最佳充電狀態，并根據充電狀態及蓄電池的溫度將電壓設定在14V左右。DC/DC轉換器的持續輸出功率為2400W。

DC/DC轉換器技術還可以啟用“eBOOST”操作模式，高壓系統關停(常規關停或快速關停)過程中，DC/DC轉換器保留最后一種操作模式。為了對高壓系統進行關停，系統必須在5s內放電至低于60V的安全電壓。如圖12所示，DC/DC轉換器為鏈路電容器配置了一個放電電路。首先，放電電路嘗試將鏈路電容器中存儲的能量輸送至汽車低壓系統。如果該項動作未能引發電壓的快速降低，則通過啟用的電容器實施放電。高壓電氣系統通過這種方式在5s內放電。從安全角度考慮，還配置了一種被動放電電容器(平行開關)。在前兩種方式出現故障無法工作時，通過這種方式可以確保高壓電氣系統的放電。將電壓放電至低于60V的周期較長，最長時間為120s。

DC/DC轉換器的溫度通過溫度傳感器測量，并通過EME控制單元進行監控。如果溫度超過許可范圍，即便采用而冷卻液進行冷卻，EME控制單元仍將降低DC/DC轉換器的功率，以便保護組件。

四、啟用電機的電力電子裝置

啟用電機的電力電子裝置主要采用DC/AC轉換器制作而成。這是一種帶有雙銷DC電壓接口和3相AC電壓接口的脈沖轉換器。在其作為電動機工作時，這種DC/AC轉換器可以作為換流器工作，并且可以將高壓蓄電池單元的能量傳導至電機。

但是，DC/AC轉換器也可以作為一種整流器，并將電機的電能傳導至高壓蓄電池單元。這種動作在制動能再生過程中執行，在此過程中，電機作為發電機并且可以產生電能。

如圖13所示，DC/AC轉換器的操作模式通過EME控制單元界定。EME控制單元還接收DME控制單元發出的設定值(主要輸入變量)，電機應為DME控制單元提供扭矩(數量和信號)。通過這個設定值以及電機的當前操作狀態(發動機轉速和扭矩)，EME控制單元可以判定DC/AC轉換器的操作模式以及電機相位電壓的振幅和頻率。根據此類規范，DC/AC轉換器的功率半導體元件被同步啟用。

除DC/AC轉換器外，電力電子裝置還含有電流傳感器，電流傳感器位于DC/AC轉換器AC電壓側的三個相位內。通過電流傳感器發出的信號，EME控制單元對應用于電力電子裝置及電機的電動功率以及電機所產生的扭矩進行監控。電機電子裝置的控制回路通過到電機內電流傳感器和轉子位置傳感器的信號關閉。

電機電子裝置和電機的性能數據相互協調。為了避免電力電子裝置超負荷，DC/AC轉換器中還配備了另外一個溫度傳感器。如果通過這種信號發現功率半導體元件溫度超高，EME控制單元可以降低輸送至電機的功率，以便保護電力電子裝置。

五、高壓電力管理

高壓電氣系統的功率管理包括兩個子功能：一個用于驅動模式，一個用于充電模式。

在駕駛模式條件下，高壓蓄電池單元產生的能量傳送至高壓用電裝置，能量在能量回收過程中協同輸送至高壓蓄電池單元。EME執行下述動作，并且一直重復：

(1)查詢高壓蓄電池單元是否有可用功率(信號源：SME)；

(2)查詢高壓蓄電池單元可以使用何種功率(信號源：SME)；

(3)查詢所需電力驅動裝置所需的驅動或制動功功率(信號源：DME)；

(4)查詢空調所需的功率(電氣加熱裝置、EKK、IHKA)；

(5)判定發送至用電裝置控制單元的電動功率和通信。

在充電模式條件下，高壓電力管理需要執行另一項任務：它通過EME可以控制從汽車外部傳導至高壓蓄電池單元的能量，如有必要，它還可以通過便捷充電電子裝置控制傳導至電氣加熱裝置或電動空調壓縮機的能量。EME一直重復下述各項步驟：

(1)查詢外部是否有可用功率(信號源：KLE)；

(2)查詢高壓蓄電池單元可以使用何種功率(SME)；

(3)查詢空調所需的功率(IHKA)；

(4)要求來自EME的必要功率；

(5)可用局部功率與接收器、高壓蓄電池單元(SME控制單元)、加熱和空調系統的溝通(IHKA控制單元)。

外部可用功率無法處于較高等級，它受到功率網絡和EME的限制。因此，在其可以進行分配前必須查詢可用功率。根據其充電狀態，比如：高壓蓄電池單元無法吸收任意數量的功率，這就是為何必須首先對該數值進行查詢的原因。根據高壓蓄電池單元的溫度，或駕駛員發出的加熱或空調要求，加熱及空調系統同樣需要提供電動功率。該數值時高壓電力管理在充電模式下第三重要的輸入信號。通過該信息對所需功率進行控制并配送至用電裝置。

六、其他高壓用電裝置的供電

電機電子裝置不僅為電機提供電壓。便捷充電裝置與電機電子裝置直接相連，并保障以高壓的形式為電動空調壓縮機及電氣加熱裝置提供電壓。

但是，便捷充電電子裝置在該項操作中不存在復雜的控制功能。相反，電機電子裝置作為(由高壓蓄電池單元提供)高壓直流電壓的一種簡單分配器。為了避免兩個高壓用電裝置的高壓電纜在短路時出現超載，電機電子裝置中為EKK和電氣加熱裝置分別配備了高壓熔絲。高壓熔絲的標稱電流等級為60A。

高壓熔絲不得單獨更換，因此，通常需要更換整個電機電子裝置(EME)。

七、啟用電動真空泵

電機電子裝置(EME)通過CAN總線接收數字電動機電子裝置(DME)發出的制動真空傳感器信號。EME僅提供啟用電動真空泵的硬件。EME控制單元還接收動態穩定控制系統(DSC)控制單元的數值信息，比如駕駛速度及剎車踏板操作。

制動真空泵主要用于帶有發動機自動起停功能的常規驅動汽車。與此類汽車類似，F49 PHEV的制動伺服裝置殼罩上同樣安裝了制動真空泵。

DME為傳感器提供電壓，傳感器根據制動伺服裝置中的真空條件返回電壓信號。這種傳感器模擬信號通過DME控制單元轉換成實際的制動真空，通過CAN總線輸送至EME。

EME控制單元對制動真空信號進行評估，包括動態處理特點(比如：駕駛速度)以及剎車踏板動作，并判定電動真空泵是否應該打開。此外，功能邏輯參考延后作用，以免電動真空泵持續打開和關閉。或者，電動真空泵保持持續打開狀態，直至達到規定的最小制動真空等級。

電機電子裝置包含一個輸出級(半導體繼電器)，電動真空泵的電源通過該裝置可以進行打開和關閉操作。根據需要，DC/DC轉換器的輸出級可以直接切換至電動真空泵。在該項流程中，最大打開電流為30A。電流等級進行電子限制，以便保護輸出級和線路。電動真空泵未配備功率或發動機轉速控制裝置-只是簡單的打開和關閉。

通過制動真空傳感器可以檢測電動真空泵的故障，如果發現故障，則無法提供真空條件。但是至少具備法律規定的剎車裝置(剎車踏板作用力增加)。DSC將實現一種液壓制動伺服輔助，即：根據駕駛員的作用力產生一種液壓增強的壓力。

優點：在故障條件下，剎車踏板的作用力同樣較低缺點：剎車踏板響應被改動。

八、高壓聯鎖回路

高壓聯鎖回路如圖14所示，集成在蓄電池管理電子裝置(SME)內用于控制與產生高電壓聯鎖回路檢測信號的電子裝置。高電壓系統啟動時開始產生檢測信號，高電壓系統關閉時停止產生檢測信號。

通過蓄電池管理電子裝置產生一個矩形交流信號，并傳送至測試引線。測試引線有一個環形拓撲(與MOST總線類似)。測試引線的信號在環內的兩個點進行評估：電機電子裝置(EME)及環形拓撲結束時的蓄電池管理電子裝置內。如果信號超出固定范圍，責電路斷開，或汽車接地被識別為短路，高壓系統立即被關閉。如果斷開高電壓安全插頭(“售后服務斷電開關”)處的高電壓互鎖回路，就會直接斷開接觸器。此外還會關閉所有高電壓組件。

高壓聯鎖回路的其他信息見F49 PHEV高壓蓄電池單元的產品信息公告以及混動技術的原理。

九、電機電子裝置的冷卻

如圖15所示，電機通過低溫冷卻液回路進行冷卻。便捷充電電子裝置(KLE)冷卻液入口處的分支法蘭將對與電機連接的冷卻液電路進行劃分，并在冷卻液出口處引導至位于便捷充電電子裝置中的另一個分支法蘭。

(全文完)