純電動汽車學習入門(十六)
——大眾ID.4純電動汽車(上)

2023-06-07 13:43:50北京李玉茂

汽車維修與保養 2023年3期

◆文/北京李玉茂

李玉茂 (本刊編委會委員、特約編輯)

中國汽車工程學會認證資深工程師、中國汽車工程學會汽車應用與服務分會特聘專家，從事汽車維修工作40余年，在大眾車系電控系統故障診斷領域經驗豐富。現任北京市工業技師學院汽車技術應用系顧問，清華大學、北京理工大學師資培訓基地汽車專業專家。

(接2022年第11期)

一、概述

1.ID.4純電動汽車

大眾汽車有限公司生產的純電動汽車ID系列，包括ID.2、ID.3、ID.4、ID.6等車型。ID.4是基于純電動汽車專屬MEB平臺的緊湊型SUV，后置兩驅或者雙電機四驅。2020年11月3日，上汽大眾首款MEB平臺車型ID.4 X上市(圖1)；2021年1月19日，一汽大眾ID.4 CROZZ開啟預售(圖2)。前者在海外原版ID.4的基礎上對外觀及內飾細節進行了調整，后者是原汁原味引入了海外原版ID.4。

圖1 上汽大眾ID.4 X

圖2 一汽大眾ID.4 CROZZ

ID.4純電動汽車被評為2021世界年度車型，其高壓電系統如圖3所示，經過全新設計，與模塊化電動車平臺無縫集成。

圖3 高壓電系統

ID.4設有交流和直流充電口，位于右后翼子板處，如圖4所示。車載充電機準許使用家用插座或公共2類(級、型)交流充電樁，充電1h可以行駛約53km，在7.5h內可以充滿電。使用直流125kW充電樁，可以在大約38min內從5%充電到80%。

圖4 充電口

2.高壓電部件安裝位置

高壓電部件包括：動力電池AX2、充電口UX4、車載充電機AX4、DC/DC轉換器A19、驅動電機VX54、電機控制器(具有電力和電子控制作用)JX1、空調電動壓縮機VX81、空調PTC元件ZX17、電池PTC加熱器Z132，安裝位置如圖5所示。

圖5 高壓電部件安裝位置

3.高壓電纜

在電機控制器內部裝有EMC電磁兼容與抑制濾波器，其具有抑制高壓電纜對外發射電磁波的作用，所以高壓電纜不采用屏蔽層。高壓電纜連接不采用接線板，被車輛前部、后部2個連接點取代，如圖6所示。連接點采用小連接器，在電纜線束生產過程中加熱連接點，使其熔化無法分開，優點是保證高壓電纜穩定連接，缺點是必須整體更換高壓電纜，增加維修成本。

ID.4高壓電纜連接如圖7所示，車輛前部連接點將DC/DC轉換器A19、電動壓縮機VX81、電池PTC加熱器Z132和空調PTC元件ZX17連接到一起，然后與車輛后部的車載充電機AX4連接。車輛后部的連接點，與動力電池AX2連接。動力電池AX2分別與充電口UX4的快充口、電機控制器JX1連接。充電口UX4的慢充口與車載充電機AX4之間用交流220V電纜連接。電機控制器JX1與電機VX54之間，用U、V、W三相銅排連接。

二、動力電池AX2

動力電池AX2兼容7～12模組，續航里程330～600km，電池包安裝在輕型鋁制結構的殼體中，外殼用螺栓固定在底盤下部，動力電池箱是車輛底盤的一部分。

1.模組

電池單體采用寧德時代三元鋰NCM811(鎳鈷錳配比8:1:1)方形電池，能量密度175W/kg，單體標稱電壓3.7V。單體并聯組成模塊，模塊串聯組成模組(圖8)，模組串聯組成電池包(圖9)。

圖8 模組

圖9 電池包(82kWh)

2.62kWh電池包

62kWh電池包的各個模組相同，每個模組內有24個單體，如圖10所示，先以2個單體并聯組成模塊，再以12個模塊串聯組成模組，連接方式2P12S。引出正極端子和負極端子，模組標稱電壓3.7V×12=44.4V。

由9 個模組串聯組成電池包，如圖11 所示，連接方式2P108S，電池包標稱電壓3.7V×108=399.6V，電池包一共有216個單體。

3.82kWh電池包

82kWh電池包的各個模組相同，每個模組內有24個單體，如圖12所示，先以3個單體并聯組成模塊，再以8個模塊串聯組成模組，連接方式3P8S，引出正極端子和負極端子，模組電壓3.7V×8=29.6V。

由12 個模組串聯成電池包，如圖13 所示，連接方式3P96S，電池包標稱電壓3.7V×96=355.2V，電池包一共有288個單體。

4.技術參數

動力電池AX2采用液體冷卻和加熱，工作溫度-28～60℃，防護等級IP67及IP69K，技術參數見表1。

表1 ID.4動力電池技術參數

5.電池箱插座

電池箱插座如圖14所示，位于車輛底板下方后部，包括1個低壓插座和3個高壓插座。低壓插座接至：30號線、30C號線、31號線、動力CAN總線、安全氣囊控制單元J234、電池冷卻液溫度傳感器G898和G899、電池PTC加熱器Z132、電池冷卻液泵V590、電控水閥V683和V696、控制信號線等。

圖14 電池箱插座

6.正極、負極開關單元

正極開關單元SX8、負極開關單元SX7的作用是，接通或斷開電池正極、負極與外部高壓電纜的連接。2個開關單元有不同的分工，并適應不同能量電池箱內的安裝空間，62kW電池箱的開關單元如圖15所示。由于DC/DC轉換器A19，負責對電機控制器中的超級電容器充電，所以負極開關單元SX7中沒有預充繼電器和預充電阻。

圖15 開關單元

(1)正極開關單元SX8

正極開關單元SX8如圖16所示，內部裝有正極繼電器J1057、快充正極繼電器J1052、正極熔斷器S352等。S352的熔斷速度比高壓繼電器響應快，可以提高高壓系統的安全級別。如果S352熔斷，無單獨備件更換，必須更換正極開關單元SX8。

圖16 正極開關單元SX8

S352保護的高壓電部件有：車載充電機AX4、DC/DC轉換器A19、電動壓縮機VX81、空調PTC元件ZX17、電池PTC加熱器Z132。圖16中的5、6、7是高壓電纜接頭，通過電纜分別與電池箱3個高壓插座連接。BMS控制單元J840，實時監測正極繼電器J1057和快充正極繼電器J1052觸點兩側電位，當觸點出現接觸不良或高壓電纜絕緣電阻低于下限，J840立即采取安全措施。

(2)負極開關單元SX7

負極開關單元SX7如圖17所示，內部裝有負極繼電器J1058、快充正極繼電器J1053、負極熔斷器S415。如果S415熔斷，無單獨備件更換，必須更換負極開關單元SX7。

圖17 負極開關單元SX7

圖17中的1、5、6是高壓電纜接頭，通過電纜分別與電池箱三個高壓插座連接。BMS控制單元J840，實時監測負極繼電器J1058和快充負極繼電器J1053觸點兩側電位，當觸點出現接觸不良或高壓電纜絕緣電阻低于下限，J840立即采取安全措施。

7.BMS控制單元J840

BMS控制單元J840如圖18所示，安裝在電池箱內。J840連接動力CAN總線，作為主控單元，通過LIN總線連接分控盒和電池PTC加熱器Z132。J840控制和監測電池箱的正極、負極開關單元，監測高壓電纜絕緣電阻，監測控制信號，對外提供測量的電池數值。當發生故障時，熔斷負極熔斷器S415，切斷電池供電回路。J840上面有32針、12針和40針3個插座，32針插座與分控盒和電池箱低壓插座連接，包括EV-CAN總線和分控盒的LIN總線。12針插座采集正極、負極繼電器觸點兩側的電壓信號。40針插座，連接電池負極熔斷器S415、電池加熱器1號溫度傳感器G1132和2號溫度傳感器G1133、電池1號電壓傳感器G848和電池2號電壓傳感器G1131。

圖18 BMS控制單元J840

8.分控盒J1208、J1209、J1210

分控盒的功用是監測模塊電壓和模組溫度，以及模塊均壓。ID.4采用被動均壓方式，利用電阻器將所有模塊放電至最低的模塊電壓。分控盒通過LIN總線將監測模組的信息發給BMS控制單元J840。分控盒如圖19所示，有一個12針插座，用來連接BMS控制單元J840；有4個22針插座，每個插座連接一個模組，最多可以連接4個模組。

圖19 分控盒

三、車載充電機AX4

車載充電機AX4如圖20所示，安裝在車輛后部，功用是將單相220V交流電轉換成高壓直流電，對動力電池充電。AX4輸入交流電壓78～272V，輸入交流電流16～50A，輸出直流電壓220～470V。62kWh電池包的最大交流充電功率7.2kW，82kWh電池包的最大交流充電功率11kW，充電效率94%。充電控制單元J1050對充電過程進行調節和監控，充電機工作溫度-40～65℃。

圖20 車載充電機AX4

與充電機AX4連接的部件如圖21所示，包括：充電口蓋電子鎖F496、充電口LED燈L263、交流充電口、交流充電口電子鎖F498、充電口溫度傳感器G853、G1151和G1152(圖中未畫)。AX4通過DC-CAN總線連接直流充電樁，通過EV-CAN總線連接ICAS1控制單元，ICAS1具有充電管理功能。

圖21 車載充電機連接的部件

四、DC/DC轉換器A19

DC/DC轉換器A19如圖22所示，安裝在車輛前機艙，有2個功用：①對12V電氣設備供電和對12V蓄電池充電；②利用雙向操作，對電機控制器JX1中的超級電容器C25進行充電或放電。它是動力電池以外的高壓電源，但不能給動力電池充電。A19輸入直流電壓150～475V，輸出直流電壓12V，功率3kW。在高壓系統斷電維修時，必須檢查A19是否斷電，防止維修人員防觸電。