2020款廣汽豐田C-HR EV車高壓電系統解析（一）

常州交通技師學院 蔣 誠

2020年4月22日，廣汽豐田正式推出旗下純電動車型——C-HR EV，本文主要介紹該車高壓電系統的組成及工作原理。

1 高壓電系統的組成

如圖1、圖2所示，2020款廣汽豐田C-HR EV車高壓電系統主要由動力蓄電池總成、帶轉換器的逆變器總成、帶電機的EV傳動橋總成、電動空調壓縮機總成、電動加熱器分總成、充電接口及高壓線束等部件組成。

圖1 高壓電系統組成

圖2 高壓部件的安裝位置

1.1 動力蓄電池總成

如圖3所示，動力蓄電池總成主要包括動力蓄電池、1號動力蓄電池接線盒、2號動力蓄電池接線盒、蓄電池加熱器、衛星蓄電池模塊（SBM）、動力蓄電池ECU、動力蓄電池冷卻鼓風機總成、后蒸發器分總成及維修塞把手等。

圖3 動力蓄電池總成的組成

1.1.1 動力蓄電池

動力蓄電池的額定電壓為355.2 V，容量為153 Ah，共有288個鋰離子蓄電池單格（圖4）。動力蓄電池由11個蓄電池組（圖5）串聯組成，每個蓄電池組均由多個鋰離子蓄電池單格組成，其中每3個鋰離子蓄電池單格并聯形成1個蓄電池單元（圖6），然后多個蓄電池單元串聯形成蓄電池組。

圖4 鋰離子蓄電池單格

圖5 11個蓄電池組

圖6 蓄電池組的內部電氣連接

鋰離子蓄電池單格的額定電壓為3.7 V，由3個鋰離子蓄電池單格并聯形成的蓄電池單元的電壓仍為3.7 V，串聯的蓄電池單元越多，蓄電池組的電壓越高。蓄電池組1~蓄電池組8為下部蓄電池組，每組均由27個鋰離子蓄電池單格組成，即由9個（27個÷3=9個）蓄電池單元串聯組成，每個蓄電池組的額定電壓為33.3 V（3.7 V×9=33.3 V）；蓄電池組9~蓄電池組11為上部蓄電池組，每組均由24個鋰離子蓄電池單格組成，即由8個（24個÷3=8個）蓄電池單元串聯組成，每個蓄電池組的額定電壓為29.6 V（3.7 V×8=29.6 V），因此動力蓄電池的額定電壓為355.2 V（33.3 V×8+29.6 V×3=355.2 V）。

1.1.2 動力蓄電池接線盒

如圖7和圖8所示，1號動力蓄電池接線盒包括2個系統主繼電器（SMRB、SMRG）、2個直流充電繼電器（DCRB、DCRG）和動力蓄電池電流傳感器；2號動力蓄電池接線盒包括1個系統主繼電器（SMRP）、3個交流充電繼電器（CHRB、CHRG、CHRP）和預充電電阻器。

圖7 動力蓄電池接線盒的內部電氣連接

圖8 動力蓄電池接線盒的組成

（1）系統主繼電器（SMRB、SMRG、SMRP）由EV控制ECU控制，負責連接和斷開動力蓄電池與主要高壓部件（帶轉換器的逆變器總成、帶電機的EV傳動橋總成、帶電動空調壓縮機總成、電動加熱器分總成）之間的高壓電路，其中SMRB用于控制動力蓄電池正極，SMRG用于控制動力蓄電池負極，SMRP則用于控制預充電。

（2）直流充電繼電器（DCRB、DCRG）由直流充電控制ECU控制，負責連接和斷開動力蓄電池與直流充電接口之間的高壓電路。

（3）交流充電繼電器（CHRB、CHRG、CHRP）由動力蓄電池ECU控制，負責連接和斷開動力蓄電池與交流充電器之間的高壓電路。

（4）動力蓄電池電流傳感器安裝在動力蓄電池負極側，用于檢測動力蓄電池的充電和放電電流。

1.1.3 動力蓄電池加熱器

動力蓄電池加熱器線束縫制在無紡布內，并采用聚氨酯海綿材料將其壓在蓄電池組在，這提升了蓄電池組的加熱性能。加熱蓄電池組時，各加熱器利用不同線束模式向各鋰離子蓄電池單格均勻分配熱量。

如圖9、圖10所示，動力蓄電池ECU通過2個動力蓄電池加熱繼電器控制動力蓄電池加熱器，1號動力蓄電池加熱繼電器負責控制1號和2號動力蓄電池加熱器，2號動力蓄電池加熱繼電器負責控制3號動力蓄電池加熱器。

圖9 動力蓄電池加熱器電路

圖10 動力蓄電池加熱器及繼電器的安裝位置

1.1.4 溫度傳感器每個蓄電池組內置了3個蓄電池溫度傳感器，11個蓄電池組共有33個蓄電池溫度傳感器。衛星蓄電池模塊負責采集這些蓄電池溫度傳感器信號，然后發送至動力蓄電池ECU。另外，動力蓄電池總成中還安裝有2個進氣溫度傳感器、6個蓄電池排氣溫度傳感器及3個制冷劑溫度傳感器。這些溫度傳感器均為熱敏電阻，溫度越低，電阻越大；溫度越高，電阻越小。動力蓄電池ECU根據這些溫度信號控制動力蓄電池加熱器、動力蓄電池冷卻鼓風機總成及冷卻器電磁閥總成等，使動力蓄電池溫度保持在最佳水平。

1.1.5 動力蓄電池冷卻鼓風機總成和后蒸發器分總成該車采用與空調冷卻系統聯動的制冷劑空氣冷卻系統來冷卻動力蓄電池。如圖11所示，動力蓄電池冷卻鼓風機總成負責將空氣輸送至后蒸發器分總成，后蒸發器分總成負責將空氣降溫。

圖11 動力蓄電池冷卻鼓風機總成和后蒸發器分總成

1.1.6 衛星蓄電池模塊和動力蓄電池ECU

衛星蓄電池模塊和動力蓄電池ECU的安裝位置如圖12所示。

圖12 衛星蓄電池模塊和動力蓄電池ECU的安裝位置

如圖13所示，衛星蓄電池模塊內部集成有蓄電池電壓傳感器，用于檢測各蓄電池單元（由288個鋰離子蓄電池單格組成96個蓄電池單元）的電壓，即鋰離子蓄電池單格的電壓，同時采集各蓄電池組中的蓄電池溫度傳感器信號，然后將這些信息發送至動力蓄電池ECU，同時，衛星蓄電池模塊根據來自動力蓄電池ECU的信號平衡各鋰離子蓄電池單格的電壓。

圖13 衛星蓄電池模塊電路（部分）

動力蓄電池ECU的主要功能如下。

（1）負責監視動力蓄電池的狀態（電壓、電流和溫度），并根據動力蓄電池電流傳感器檢測的充電和放電的電流計算動力蓄電池SOC（剩余電量），然后將該信息傳輸至EV控制ECU。

（2）控制動力蓄電池加熱器、動力蓄電池冷卻鼓風機總成及冷卻器電磁閥總成等。

（3）動力蓄電池ECU內設有漏電檢測電路，以檢測動力蓄電池或高壓電路內是否漏電。

1.1.7 維修塞把手

如圖14所示，維修塞把手連接在動力蓄電池電路中，用于手動切斷高壓電路，這樣可確保維修過程中的安全性。同時，維修塞把手上安裝有互鎖開關，當維修塞把手解鎖時，互鎖開關斷開，EV控制ECU切斷系統主繼電器，從而切斷高壓供電。拆卸維修修塞把手的步驟如圖15所示。注意：應在電源開關處于OFF位時拆下維修塞把手，且切斷高壓電路后，帶轉換器的逆變器總成內的高壓電容器仍然存在電荷，因此在拆下維修塞把手后，至少等待10 min，以使高壓電容器放電，才能開始維修工作。

圖14 維修塞把手安裝位置及結構

圖15 拆卸維修修塞把手的步驟