2014款寶馬i8高電壓蓄電池單元(一)

◆文/山東 劉春暉

2014款寶馬i8(圖1)是混合動力雙門超級跑車，其采用了動感的前保險杠和經(jīng)典的散熱格柵設(shè)計，傳承了寶馬一貫的家族理念。在動力系統(tǒng)方面，2014款寶馬i8搭載了高性能的混合動力系統(tǒng)，突出了車輛超強的動力性能。2014款寶馬i8所使用的插入式混合動力系統(tǒng)由兩臺電動機和一臺渦輪增壓汽油發(fā)動機構(gòu)成，最高輸出功率345馬力(符號PS，1PS=0.745kW)，最大扭矩800N·m。其中，1.5L排量三缸汽油發(fā)動機使用了燃油直噴和可變進氣渦輪增壓技術(shù)，將動力輸出至車輛的后輪。兩臺電動機將動力傳遞至前輪。在強勁動力的驅(qū)動下，從靜止加速到100km/h僅需4.8s，最高車速在電子裝置的限制下為250km/h，而且百公里平均油耗僅為3.76L。另外，2014款寶馬i8還可以支持純電力驅(qū)動方式，從而實現(xiàn)真正意義上的零排放。

圖1 寶馬i8外觀

一、高電壓蓄電池單元簡介

1.性能介紹

寶馬i8高電壓蓄電池單元電動驅(qū)動裝置的蓄能器，配備兩個可為高電壓蓄電池充電的電機，寶馬i8高電壓蓄電池單元的安裝位置如圖2所示。其中一個電機位于前橋處并驅(qū)動前橋。該電機不與內(nèi)燃機機械連接，可完全獨立于內(nèi)燃機進行控制。通過回收利用制動能量也可為高電壓蓄電池充電。另一個電機位于內(nèi)燃機皮帶傳動機構(gòu)內(nèi)。通過該高電壓啟動發(fā)電機也可在回收利用制動能量時為高電壓蓄電池輸送電能。此外通過高電壓啟動發(fā)電機還可啟動內(nèi)燃機。

圖2 高電壓蓄電池單元的安裝位置

在帶有電動驅(qū)動裝置的車輛上，高電壓蓄電池相當于內(nèi)燃機驅(qū)動車輛的燃油箱。為使寶馬i8達到預(yù)期可達里程，需要存儲的能量經(jīng)過相應(yīng)計算。這決定了蓄能器的容積和質(zhì)量。高電壓蓄電池單元位于寶馬i8 Life模塊下方。這樣可對一些車輛特性產(chǎn)生積極影響：①由于安裝位置較低降低了車輛重心，因此尤其可減小轉(zhuǎn)彎行駛時的側(cè)傾；②與傳統(tǒng)車輛相比，車內(nèi)空間不會因高電壓蓄電池單元受到限制；③維修時易于接近高電壓蓄電池單元，因此可減少修理費用；④由于安裝位置居中使得質(zhì)量分布方式比較有利。

2.技術(shù)數(shù)據(jù)

寶馬i8的高電壓蓄電池單元由帶有實際電池的電池模塊、電池監(jiān)控電子裝置、安全盒(S盒)、蓄能器管理電子裝置SME控制單元、兩件式熱交換器、導(dǎo)線束、接口(電氣、制冷劑、排氣)、殼體和固定部件等主要組件構(gòu)成。

電池由韓國公司Samsung SDI向?qū)汃RDingolfing工廠提供。在此將電池組裝成電池模塊并與其他組件一起安裝為完整的高電壓蓄電池單元。SME控制單元和電池監(jiān)控電子裝置的制造商是Preh公司。

在寶馬i8高電壓蓄電池內(nèi)使用的蓄電池組屬于鋰離子電池類型(電池類型為NMCo/LMO混合)。鋰離子電池的陰極材料基本上是鋰金屬氧化物。“NMCo/LMO混合”這一名稱說明了這種電池類型使用的金屬：一方面是鎳、錳和鈷的混合物，另一方面是鋰錳氧化物。

通過選擇陰極材料優(yōu)化了電動車所用高電壓蓄電池特性(能量密度較高、使用壽命較長)。像往常一樣使用石墨作為陰極材料，放電時鋰離子存儲在石墨內(nèi)。根據(jù)蓄電池內(nèi)使用的材料，電池額定電壓為3.7V。表1列出了寶馬i8高電壓蓄電池重要技術(shù)數(shù)據(jù)。

高電壓導(dǎo)線或高電壓接口、12V車載網(wǎng)絡(luò)接口、制冷劑管路或制冷劑接口、提示牌、排氣單元是高電壓蓄電池單元(圖3)最重要的外部特征。高電壓蓄電池單元除高電壓接口外還有一個12V車載網(wǎng)絡(luò)接口。此外還為集成在高電壓蓄電池單元內(nèi)的控制單元提供電壓、總線信號、傳感器信號和監(jiān)控信號。為對高電壓蓄電池進行冷卻將其接入制冷劑循環(huán)回路內(nèi)。

圖3 高電壓蓄電池單元接口

高電壓蓄電池單元上的提示牌向進行相關(guān)組件作業(yè)的人員說明所用技術(shù)及可能存在的電氣和化學危險。

注意：高電壓蓄電池單元的電壓遠遠高于60V。因此進行任何高電壓蓄電池單元作業(yè)前都必須遵守電氣安全規(guī)定：①切換為無電壓；②防止重新接通；③確定系統(tǒng)無電壓。

無法通過組合儀表準確確定系統(tǒng)無電壓時，不允許在車輛上繼續(xù)作業(yè)。會有生命危險！之后必須由電氣專業(yè)人員使用相應(yīng)測量儀器/測量方法確定系統(tǒng)無電壓。在此情況下必須聯(lián)系技術(shù)支持部門，此外必須隔離車輛并用隔離帶隔開車輛。

可在無需拆卸高電壓蓄電池單元的情況下斷開導(dǎo)線(高電壓和12V車載網(wǎng)絡(luò)接口)和制冷劑管路。

高電壓蓄電池單元位于車內(nèi)空間以外。如果由于嚴重故障導(dǎo)致電池產(chǎn)生過壓，不必通過排氣管向外排出所產(chǎn)生的氣體。通過高電壓蓄電池單元殼體上的一個排氣單元便可進行壓力補償。所用高電壓安全插頭(售后服務(wù)時斷開連接)不是高電壓蓄電池單元的組成部分。它位于發(fā)動機室蓋下方。高電壓網(wǎng)絡(luò)內(nèi)高電壓蓄電池單元的系統(tǒng)電路圖如圖4所示。

圖4 高電壓網(wǎng)絡(luò)內(nèi)高電壓蓄電池單元的系統(tǒng)電路圖

二、高電壓蓄電池的外部特征

1.機械接口

高電壓蓄電池單元的殼體通過八個螺栓固定在寶馬i3的Drive模塊上。通過這種方式可使重力以及行駛期間產(chǎn)生的加速力作用在車身上。固定螺栓無法直接從下方接觸到，因此必須事先拆卸多個底部飾板以及前橋和后橋模塊的推力緩沖板。拆卸高電壓蓄電池單元時必須首先進行維修說明中規(guī)定的所有準備工作(診斷、切換為無電壓、拆卸底部飾板等)。松開固定螺栓前必須將下降高度專用工具(可移動總成升降臺MHT1200)固定在高電壓蓄電池單元下方。寶馬i8與寶馬i3不同，不通過另一個電位補償螺栓而是通過安裝螺栓在殼體與Drive模塊之間建立電氣連接。

高電壓蓄電池單元殼體與接地(=Drive模塊)之間的低電阻連接是確保自動絕緣監(jiān)控功能正常運行的重要前提條件。因此應(yīng)注意所有安裝螺栓的擰緊力矩是否正確。此外還應(yīng)注意，無論是高電壓蓄電池單元殼體還是Drive模塊都不允許在相應(yīng)開孔處涂漆、腐蝕或有污物。固定安裝螺栓前必須根據(jù)需要露出裸露金屬，因為Drive模塊帶有KTL涂層(陰極電泳涂漆)。

高電壓蓄電池單元固定方式如圖5所示，固定安裝螺栓時必須遵守準確的工作步驟：①清潔接觸面并讓第二個人進行檢查；②按規(guī)定力矩擰緊安裝螺栓；③讓第二個人檢查扭矩；④兩人必須將準確工作情況記錄在車輛檔案內(nèi)。

圖5 高電壓蓄電池單元固定方式

Drive模塊即底盤構(gòu)成了集成有高電壓蓄電池單元的穩(wěn)定基礎(chǔ)。Drive模塊前端和后端的鋁合金碰撞主動式結(jié)構(gòu)確保發(fā)生正面和尾部碰撞時提供額外安全保護。為了提供最佳保護將高電壓蓄電池單元安裝在車輛底部，因為發(fā)生碰撞事故時車輛在此區(qū)域內(nèi)的變形程度最小。發(fā)生側(cè)面碰撞時，Life模塊的碰撞特性也有助于保護高電壓蓄電池單元，因為在此已吸收大部分能量不會使其傳輸至蓄能器。高強度CFK乘員區(qū)和Drive模塊內(nèi)的智能化作用力分配共同構(gòu)成了最佳乘員保護的前提條件。

在寶馬i8的高電壓蓄電池單元上裝有三個提示牌(圖6)：即一個型號銘牌和兩個警告提示牌。型號銘牌提供邏輯信息(例如零件編號)和最重要的技術(shù)數(shù)據(jù)(例如額定電壓)。兩個警告提示牌提醒注意高電壓蓄電池單元采用鋰離子技術(shù)且電壓較高以及可能存在的相關(guān)危險。

圖6 高電壓蓄電池單元殼體上的提示牌

拆卸維修蓋后，售后服務(wù)人員便可從內(nèi)部輕松插上和拔下高電壓接口上的高電壓導(dǎo)線。

在此必須更換維修蓋密封件，從而確保高電壓蓄電池單元可靠密封。

2.電氣接口

(1)高電壓接口

如圖7所示，在高電壓蓄電池單元上帶有一個2芯高電壓接口，高電壓蓄電池單元通過該接口與高電壓車載網(wǎng)絡(luò)連接。

圖7 高電壓蓄電池單元上部接口

高電壓接口的結(jié)構(gòu)如圖8所示，圍繞高電壓導(dǎo)線的兩個電氣觸點各有一個屏蔽觸點。這樣可使高電壓導(dǎo)線屏蔽層(每根導(dǎo)線各有一個屏蔽層)一直持續(xù)到高電壓蓄電池單元殼體內(nèi)，從而有助于確保電磁兼容性EMV。此外高電壓接口還可防止接觸導(dǎo)電部件。觸點本身帶有塑料外殼，從而防止直接接觸，只有連接導(dǎo)線時才壓開外套并進行接觸。

圖8 高電壓接口

塑料滑塊用于機械鎖止插頭。此外它還是安全功能的組成部分：未連接高電壓導(dǎo)線時，滑塊蓋住高電壓觸點監(jiān)控電橋的接口。只有按規(guī)定連接了高電壓導(dǎo)線且插頭已卡止時，才能接觸到該接口并插上電橋。這樣可以確保，只有連接了高電壓導(dǎo)線時高電壓觸點監(jiān)控電路才會閉合。該原理適用于寶馬i8的所有扁平高電壓接口(高電壓蓄電池單元、電機電子裝置和增程電機電子裝置)。

因此只有連接所有高電壓導(dǎo)線后，高電壓系統(tǒng)才會啟用。這樣可以額外防止接觸可能帶電的接觸面。與高電壓蓄電池單元的所有其他組件一樣，高電壓接口可作為單獨部件進行更換。

(2)12V車載網(wǎng)絡(luò)接口

在寶馬i8高電壓蓄電池單元上帶有一個連接12V車載網(wǎng)絡(luò)帶有SME控制單元導(dǎo)線接口和膨脹和截止組合閥控制接口的接口(圖9)。

圖9 高電壓蓄電池單元下部接口

SME控制單元接口帶有的導(dǎo)線有：

①通過總線端30F和總線端31為SME控制單元供電；②總線端30碰撞信號，用于為電動機械式接觸器供電；③車身域控制器喚醒導(dǎo)線；

④高電壓觸點監(jiān)控導(dǎo)線的輸入端和輸出端；

⑤用于控制截止和膨脹組合閥的輸出端(+12V和接地)；

⑥PT-CAN2。

(3)高電壓安全插頭

寶馬i8的高電壓安全插頭(售后服務(wù)時斷開連接)不是高電壓蓄電池單元的直接組成部分，其安裝位置如圖10所示，而是作為獨立部件安裝在發(fā)動機室蓋下方。高電壓安全插頭也執(zhí)行關(guān)閉高電壓系統(tǒng)供電和防止重新接通兩項任務(wù)。

圖10 高電壓安全插頭安裝位置

高電壓安全插頭或插接的電橋是高電壓觸點監(jiān)控電路的一部分。如果將高電壓安全插頭的插頭和插孔彼此拉開，高電壓觸點監(jiān)控電路就會斷路。

注意：高電壓安全插頭的插頭和插孔無法完全彼此拉開。兩個部分以機械方式連接在一起，以防彼此拉開。將兩個部分彼此拉開至能夠使用掛鎖固定住以防重新接通的程度，便可斷開高電壓觸點監(jiān)控電路。

(未完待續(xù))