捷豹I-PACE純電動汽車的電力驅動系統(二)

◆文/北京 多飛

(接2019年第3期)

6.蓄電池電量控制模塊(BECM)

蓄電池電量控制模塊(BECM)是電動車(EV)蓄電池的組成部分。如圖14所示，蓄電池電量控制模塊(BECM)位于BEM模塊的下部，安裝在BEM安裝板上。BECM監控以下內容：

(1)EV蓄電池模塊蓄電池單元的電壓；

(2)內部EV蓄電池模塊的溫度；

(3)高壓(HV)互鎖回路；

(4)蓄電池電量模塊(BEM)中不同點的高壓直流(DC)電壓；

(5)BEM中的HVDCBEM電流傳感器；

(6)冷卻液進口和出口連接中的EV蓄電池冷卻液溫度傳感器；

BECM控制以下EV蓄電池溫度控制部件：

(1)EV蓄電池冷卻液泵；

(2)EV蓄電池換向閥。

BECM還控制BEM中的接觸器，在高壓互鎖回路受損或取下維修斷開裝置(SDU)鑰匙時隔離EV蓄電池。BECM通過高速(HS)控制器局域網(CAN)電源模式0系統總線與高壓(HV)系統和其他車輛系統進行通信。如果與BECM之間的通信中斷，則主接觸器將被強制打開。即使車輛在負載下行駛時，這種情況也可能會出現，因為HV蓄電池的狀態必須始終得到監測。此時，車輛將仍然在控制之下，因為轉向和制動系統由12V輔助蓄電池備用電源提供支持。

7.高壓安全系統(高壓互鎖回路HVIL)

高壓互鎖回路(HVIL)是一個安全系統，用于防止HV電纜在斷開時帶電。HVIL監測HV接頭與其對應的部件之間的完好性。HVIL由BECM進行監測，與之相關的DTC將會記錄在該模塊中。每個HVIL電路都由一個12V，10mA電源和一個電流感應電阻器組成。BECM監測流過電阻器的電流以檢測是否存在斷路或對接地或12V電源短路。HVIL電路電纜并不沿著HV電纜的長度布設，每個HV接頭中都有一個回路連接，這就使得電路回路變得完整。如果部件發生意外損壞或意外斷開，則將防止斷開的HV接頭中存在高壓。高壓互鎖回路連接到以下部件的高壓直流(DC)接頭。

圖14 蓄電池電量控制模塊(BECM)

(1)EV蓄電池：①EV蓄電池左前方的HVDC接頭(至前電力變頻轉換器EPIC)；②EV蓄電池右前方的HVDC接頭(至高壓接線盒HVJB)；③EV蓄電池后部蓄電池電量模塊(BEM)上部的HVDC接頭(至EPIC)。

(2)通過接線線束連接以下部件外部高壓互鎖回路：①電動空調(A/C)壓縮機；②HV內部加熱器；③直流-直流(DC/DC)轉換器；④有線車載充電模塊。

HVIL電路的起點和終點都在BECM處，HVIL電路經過的HV部件如圖15所示。由圖可知，共有3支HVIL電路，分別如下。

(1)HVILA：HV蓄電池處的后逆變器電源連接。

(2)HVILB：①BCCM；②HV蓄電池處的前逆變器電源連接；③直流-直流轉換器；③EAC壓縮機；④HVJB；⑤HVCH。

(3)HVILC：維修斷開裝置(SDU)。

從前后逆變器至EDU的三相連接并未包含在HVIL電路中。這些連接由逆變器及其相關的每個EDU以數字方式進行監測，每個EDU還會通過Flexray網絡向PCM發送此狀態。

如果在車輛靜止不動時檢測到HVIL故障，則HV接觸器將被打開，HV電路將被放電。如果在駕駛員嘗試起步時檢測到HVIL故障，則HV蓄電池HV接觸器將被閉合，車輛可以行駛。這是因為駕駛員處于車內，接觸到暴露的HV電路的風險極小。在HVIL中識別為斷路的HV部件將不工作，盡管只要HV連接存在，功能就不會得到削弱，但是將會記錄DTC。如果在車輛行駛時出現故障，則車輛將會繼續行駛，直至車輛停止，然后根據故障的位置，將會出現安全響應。這將導致功能下降，具體取決于發生故障的位置處的部件。如果在充電時發生HVIL故障，則充電將被停止。作為HVIL測試功能的組成部分，HVIL電路將會受到持續監測。

圖15 高壓互鎖回路HVIL

8.斷路監測

與HVIL測試相關的是一項稱為斷路監測的系統檢查。該檢查用于在向系統施加全部HV之前測試HV電路。該檢查通過防止將全部HV施加給斷開的電路來確保系統的安全操作。

9.HV電路絕緣監測

BECM的HV接觸器元件中包含自診斷功能。該功能利用HV蓄電池電壓本身監測HV電路與車輛底盤之間的電阻。這稱為絕緣測試。如果電阻降至225千歐以下，則表示檢測到故障。如果在車輛靜止不動時發現這種情況，則HV電路將被關閉，駕駛員將會看到一條警告，同時BECM中會記錄一個DTC。如果在車輛行駛時發生絕緣故障，則車輛將會繼續行駛，同時駕駛員會看到一條警告。絕緣測試將會持續進行以確保HV電路的安全。注意：如果接收到來自約束控制模塊(RCM)的碰撞信號，則在5s內將會停止絕緣測試電壓，測試電壓將會消失。

10.HV接觸器控制

蓄電池電量控制模塊(BECM)負責執行HV電路的電壓預充電。為此，它將會向HV電路施加受控的電量，從而在閉合主正極接觸器之前，將HV電路電壓升至與HV蓄電池電壓相差的6V之內，這有助于防止HV接觸器受到高浪涌電流的影響。此程序將確保降低HV接觸器的接觸器表面處受到損壞的風險。該流程由BECM的內部軟件進行完全管理，并且沒有直接診斷連接。BECM將會記錄在此電路中識別的故障。

在向電路施加預充電電壓之前，系統將會執行自檢，它通過監測電壓增長時間來完成此操作。如果在200ms內未發生此操作，則預充電接觸器閉合序列將被中止，此時需要執行全面的BECM斷電。HV接觸器的工作序列如下：

(1)主負極接觸器閉合；

(2)預充電接觸器閉合，并通過電阻器組和BECM使電路接通；

(3)執行電路自檢以檢查熔絲和HV接線電路的完整性；

(4)如果自檢通過，則主正極接觸器閉合,如果未通過，則它將會記錄一個DTC，并在規定時間內繼續執行自檢程序；

(5)預充電接觸器打開，留下主接觸器閉合，將HV蓄電池組最高電壓和電流傳輸至HV部件系統。

11.BECM故障反應策略

BECM將HV蓄電池溫度告知供暖、通風和空調模塊，以便根據需要啟用HV蓄電池回路的冷卻或加熱。如果系統檢測到HV蓄電池內部溫度超出正常工作溫度范圍，則它可能會限制輸送或供應給HV電路的電量。HV蓄電池的溫度控制對于確保最佳性能至關重要，該溫度由BECM進行控制。當車輛行駛時，以及當車輛通過BCCM和充電插座連接至外部電源時，溫度調節都會工作。如果單體電池溫度之間的差異超過15℃，則HV蓄電池溫度控制也將被激活。與監測部分配合，BECM也可以限制可用功率。BECM故障反應策略如下：

(1)CAT3-向駕駛員顯示維修信息，具備自我清除功能；

(2)0CAT4-在未向駕駛員發送警告消息的情況下降低額定功率，具備自我清除功能；

(3)CAT5-意外斷電，HV接觸器保持打開10s，同時執行HV主動放電，具備延時自我清除功能；

(4)CAT6-所有HV接觸器將會在2.5s延時后打開，需要關閉系統才能清除警告；

(5)CAT7-立即打開HV接觸器，需要關閉系統才能清除警告。

12.維修斷開裝置(SDU)

維修斷開裝置(SDU)如圖16所示，SDU位于電動車(EV)蓄電池的后頂部，左側后排乘客座椅下方。通過第二排座椅座墊下方的可拆卸蓋板，可以接觸到SDU鑰匙。SDU可直接斷開蓄電池正極線路處的正極電路。當車輛處于帶電狀態時，除非緊急情況需要拆卸該部件，否則嚴禁拆卸該部件。將SDU鑰匙轉動90°并向上抬起，即可取下該鑰匙。作為HV斷電程序的組成部分，在該程序期間需要斷開SDU。必須始終遵循正確的程序。請參考維修手冊以了解相應的程序。

圖16 維修斷開裝置(SDU)

三、高壓部件與高壓電氣分配

1.蓄電池充電控制模塊(BCCM)

蓄電池充電控制模塊(BCCM)位于前艙內，如圖17所示。BCCM的作用是控制電動車(EV)蓄電池充電。BCCM可以連接到高壓(HV)交流(AC)外部電源，或HV直流(DC)外部電源。使用HVAC外部電源時，電源經過整流為HVDC，為電動車(EV)蓄電池充電，BCCM同時控制電動車(EV)蓄電池的充電速率。當車輛連接至HVDC外部電源時，可直接用外部HVDC為EV蓄電池充電，接線車載充電模塊僅控制充電速率。

BCCM、BECM和PCM之間的通信是通過電源模式0高速(HS)CAN進行。當車輛處于電源模式0時，BCCM和BECM之間進行通信以確保監測HV蓄電池充電率和模塊溫度。BCCM通過電動驅動冷卻液系統進行冷卻。電動驅動冷卻系統中帶有一個電動驅動冷卻液泵，由動力傳動系統控制模塊(PCM)控制循環電動驅動冷卻液。進口管和出口管連接到電動驅動冷卻系統，以便電力驅動冷卻液循環流過接線車載充電模塊。

2.直流-直流(DC-DC)轉換器

直流-直流(DC-DC)轉換器位于前艙內的BCCM上方，如圖18所示。DC/DC轉換器將來自EV蓄電池的高壓(HV)直流(DC)電源轉換成12V直流電供所有12V車輛系統和蓄電池使用。此直流電為啟動蓄電池、輔助蓄電池充電，以及為所有12V部件供電。DC/DC轉換器的輸出約為14V。這個設定值由BCM/GWM提供給直流-直流轉換器，該數值基于監測到的車輛啟動蓄電池的溫度和電壓。直流-直流轉換器已經取代了傳統的發電機充電功能。直流-直流轉換器并不能將12V電壓轉換為高壓來為HV蓄電池充電。HV電路和低壓電路通過“電流隔離”進行相互隔離。這可防止HV和低壓電路連接在一起。DC/DC轉換器有2個電驅動冷卻液連接以提供冷卻。電驅動冷卻液的流量由PCM進行控制。來自BCM/GWM的通信將會通過HSCAN電源模式0系統總線發送充電負載請求，直流-直流轉換器將會生成正確的輸出電壓以匹配車輛負載請求。以下情況直流-直流轉換器可能會被禁用：(1)溫度過高；(2)HV系統電壓過高或過低；(3)12V系統電壓過高或過低；(4)電流過高；(5)CAN信號不正確。

圖17 蓄電池充電控制模塊(BCCM)

圖18 直流-直流(DC-DC)轉換器

3.高壓冷卻液加熱器(HVCH)

I-PACE上安裝了一個7kW高壓冷卻液加熱器(HVCH)。HVCH位于前艙內，在HVJB后面，如圖19所示。它用于根據BECM或供暖、通風和空調(HVAC)模塊的請求對座艙或HV蓄電池進行加熱。HV內部加熱器接收到來自電動車蓄電池的高壓直流(DC)電源。由自動溫控模塊(ATCM)通過局域互聯網絡(LIN)控制。HVCH的控制通過電源模式0HSCAN系統來實現，因為BCCM可以指令加熱以確保HV蓄電池處于最佳充電溫度。HVCH集成在座艙加熱回路中，它通過熱交換器將產生的熱量傳遞至座艙。HVJB中有一個用于電路保護的熔絲，它是不可更換的。

4.電動空調(EAC)壓縮機

EAC壓縮機位于前EDU的后面，是一個3相變速渦旋式壓縮機，如圖20所示。電動空調(EAC)壓縮機由一個高壓(HV)電機總成驅動，其內部有一個逆變器，用于將HV蓄電池提供的DC輸入電壓轉換為三相交流(AC)電源以驅動電機。該電路由位于HVJB內的一個不可更換的熔絲提供電源和保護。壓縮機通過SPA2機油進行潤滑。為防止A/C系統承受過大的壓力，在電動A/C壓縮機出口側安裝了一個泄壓閥(PRV)。PRV將過大的壓力排放到前艙中。通過改變電機轉速，可改變電動空調壓縮機的排量，這由自動溫控模塊(ATCM)進行控制。ATCM控制電動A/C壓縮機的轉速，以匹配A/C系統的熱負載和其他因素。ATCM通過局域互聯網絡(LIN)控制電動A/C壓縮機的操作。

圖19 高壓冷卻液加熱器(HVCH)

圖20 電動空調(EAC)壓縮機

5.逆變器和電力驅動單元(EDU)

逆變器也稱電力變頻轉換器(EPIC)。I-PACE配有兩個逆變器，一個控制前電動驅動單元(EDU)，另一個控制后電動驅動單元(EDU)。兩個EPIC均位于對應的前后EDU的正上方，前EDU和前逆變器如圖21所示，后EDU和后逆變器如圖22所示。

輔助蓄電池通過右前接線盒(FJB)為前EPIC提供低壓12V電源。啟動蓄電池通過左FJB為后EPIC提供低壓12V電源。前、后EPIC由動力傳動系統控制模塊(PCM)控制。PCM通過FlexRay與前部和后部EPIC進行通信。PCM控制EPIC以在電機與發電機之間改變EDU的操作。當EDU作為電機運行時，HV蓄電池提供電源。EPIC通過HV3相AC電纜提供交流電(AC)。AC的相位根據來自EDU的所需扭矩以及來自3個集成EDU位置傳感器的信號而發生變化。當EDU作為發電機運行以提供再生制動時，EDU向EPIC提供HV3相AC。EPIC將AC整流為直流電(DC)并調節電壓，從而為HV蓄電池充電，HV蓄電池存儲電能。前部和后部EPIC連接到電力驅動冷卻系統。電子驅動冷卻液的流量由PCM進行控制。EPIC具有4個電氣接頭，分別為：(1)至EV蓄電池的HVDC接頭；(2)至EDU的HV3相AC接頭；(3)電氣等電位連接電纜；(4)012V系統和EDU控制的主接線線束接頭。

圖21 EDU和前逆變器

圖22 EDU和后逆變器

6.高壓接線盒(HVJB)與高壓電氣分配

高壓接線盒(HVJB)在BCCM的正后方，如圖23所示。高壓接線盒(HVJB)接收來自高壓(HV)蓄電池的HV電源，并將電力分配給輔助HV部件。當車輛連接至市電電源進行充電時，HVJB還會接收來自BCCM的電源，它會將來自BCCM的輸入電壓引導至HV蓄電池。HVJB含有HV系統部件的熔絲。注意：HVJB中的熔絲不可更換。由HVJB供電的部件及其熔絲額定值：(1)直流-直流轉換器-30A；(2)HVCH-40A；(3)EAC壓縮機-30A。