寶馬純電動BMW i3 I01高壓蓄電池技術解析(二)

◆文/吉林 李偉

(接上期)

(2)為了通過制冷劑進行電池冷卻，在電池模塊下方帶有由鋁合金平管構成的熱交換器。它與內部制冷劑管路連接在一起，因此進行冷卻時有制冷劑流過。高電壓蓄電池的整個加熱/冷卻系統和高壓蓄電池冷卻組件如圖13所示。

圖13 高壓蓄電池冷卻組件

2.加熱裝置

在相反的情況下，例如將I01的高壓蓄電池長時間停放在0℃以下的戶外時，應在行駛前使電池加熱至最佳溫度水平，這樣從開始行駛時蓄電池就會提供其最大功率。通過充電電纜將車輛與電網連接并選擇了車輛溫度調節功能時，客戶可執行上述方案。對電池進行加熱時會啟用高電壓系統并使電流經過加熱絲網，該網沿冷卻通道布置(圖14)。由于冷卻通道與電池模塊接觸，因此加熱線圈內產生的熱量會傳至電池模塊和電池。

圖14 高電壓蓄電池單元的加熱組件

3.熱交換器

在高電壓蓄電池單元內部，制冷劑在管路和鋁合金冷卻通道內流動。通過入口管路流入的制冷劑直接在高電壓蓄電池單元接口處分入兩個供給管路，之后再次分別進入兩個冷卻通道并在冷卻通道內吸收電池模塊的熱量。在冷卻通道末端制冷劑被輸送至相鄰冷卻通道內，由此回流并繼續吸收電池模塊的熱量，如圖15所示。最后帶有蒸發制冷劑的四個管路段重新匯集到一起，一個共同的回流管路通到抽吸管路接口處。在其中一個供給管路上還有一個溫度傳感器，傳感器信號用于控制和監控冷卻。該信號直接由SME控制單元讀取。

為了確保冷卻通道完成排出電池模塊熱量的任務，必須以均勻發布的作用力將冷卻通道整個面積壓到電池模塊上。該壓緊力通過嵌有冷卻通道的彈簧條產生。彈簧支撐在高電壓蓄電池單元殼體上，從而將冷卻通道壓到電池模塊上。

圖15 制冷劑吸收電池模塊熱量示意圖

五、高電壓蓄電池單元的內部結構

為了滿足高壓蓄電池的設計使用壽命和功率的最大化，在使用時必須有嚴格的保護措施：使蓄電池運行在最佳的溫度范圍內(加熱/冷卻或限制電流)；均衡所有電池的充電狀態；在特定的范圍內可用完蓄電池的儲存能量。

為此設計了ⅢKA/IHKR高壓蓄電池控制單元，如圖16所示。除8個電池模塊的電池本身外,還包括蓄能器管理控制單元、電池監控電子裝置CSC、接觸器、傳感器、熔斷絲的安全盒和可選裝的電器加熱控制裝置。

圖16 高電壓蓄電池單元系統電路圖

從圖16中可以看出，除匯集在8個電池模塊內的電池本身外，I01 的高電壓蓄電池單元還包括以下電氣/電子部件：蓄能器管理電子裝置SME控制單元、8個電池監控電子裝置(電池監控電路 CSC)，帶接觸器、傳感器和過電流保險絲的安全盒、電氣加熱裝置控制裝置(選裝)。

1.蓄能器管理電子裝置 SME

在高壓蓄電池單元中，蓄能管理裝置SME是電池的核心控制管理模塊。

(1)SME 控制單元需執行的任務如下。

①由電機電子裝置EME根據要求控制高電壓系統的啟動和關閉；

②分析有關所有電池的電壓和溫度以及高電壓電路內電流強度的測量信號；

③控制高電壓蓄電池單元冷卻系統；

④確定高電壓蓄電池的充電狀態(SoC)和老化狀態(SoH)；

⑤確定高電壓蓄電池的可用功率并根據需要對電機電子裝置提出限制請求；

⑥安全功能(例如電壓和溫度監控、高電壓觸點監控，絕緣監控)；

⑦識別出故障狀態，存儲故障代碼存儲器記錄并向電機電子裝置發送故障狀態。

(2)在SME控制單元的故障代碼存儲器內不僅可存儲控制單元故障，而且還可查閱高電壓蓄電池單元內其他組件的故障記錄。這些故障代碼存儲器記錄根據嚴重程度和尚可提供的功能分為不同類型。

①立即關閉高電壓系統。

因出現故障影響高電壓系統安全或產生高電壓蓄電池損壞危險時，就會立即關閉高電壓系統并斷開電動機械式接觸器觸點。之后駕駛員可讓車輛滑行并停在路面上。通過12V車載網絡提供能量確保轉向助力、制動助力和DSC調節。

②限制功率。

高電壓蓄電池無法繼續提供最大功率或全部能量時，為了保護組件會限制驅動功率和可達里程。此時駕駛員可在驅動功率明顯降低的情況下繼續行駛較短距離，在最好的情況下可行駛至最近的BMW維修站點，或將車輛停放在所選地點。

③對客戶沒有直接影響的故障。

例如SME控制單元或CSC控制單元之間的通信短時受到干擾時，不表示功能受限或危及高電壓系統安全。因此只會產生一個故障代碼存儲器記錄，必須由BMW維修站點通過診斷系統對該記錄進行分析。但客戶不會看到檢查控制信息或感到功能受限。從高電壓蓄電池單元外部無法接觸到SME控制單元。為在出現故障時更換 SME 控制單元，必須事先打開高電壓蓄電池單元。

SME控制單元的電氣接口是：SME控制單元12V供電(車內配電盒的總線端30F和總線端 31)、接觸器 12V供電(總線端30碰撞信號)、PT.CAN2、局域CAN1和2、車身域控制器BDC喚醒導線、高電壓觸點監控輸入端和輸出端、制冷劑循環回路內的截止和膨脹組合閥控制導線、制冷劑溫度傳感器。

由一個專用的12V導線為高電壓蓄電池單元內的接觸器供電。該導線稱為總線端30碰撞信號，簡稱為總線端30C。總線端名稱中的C表示發生事故(碰撞)時關閉該12V電壓。該導線是安全型蓄電池接線柱的一個(第二個)輸出端。即觸發安全型蓄電池接線柱時也會斷開該供電導線。此外該導線穿過高電壓安全插頭，因此關閉高電壓系統供電時也會關閉接觸器供電。因此在上述兩種情況下，高電壓蓄電池單元內的兩個接觸器會自動斷開。

局域CAN 1使SME控制單元與電池監控電子裝置CSC相互連接(另見下章)。局域CAN 2用于實現SME控制單元與S盒之間的通信。通過該總線可傳輸測量的電流強度等信息。車輛帶有選裝配置 SA494駕駛員和前乘客座椅加熱裝置時，還通過局域 CAN2 傳輸高電壓蓄電池加熱裝置控制指令。