大众electric up!车型技术解读

文：李寅虎

大众electric up!车型技术解读

文：李寅虎

近几年，随着技术的成熟和政策的助推，消费者对纯电动汽车的接受度也越来越高，相信在不远的未来，纯电动汽车也将成为汽车市场中重要的组成部分，但维修人员目前普遍对纯电动汽车的技术特点缺乏了解。在此，本刊以大众electric up!（以下简称e-up!）车型为例，为广大读者简单讲解电动汽车基本技术，希望能对大家有所帮助。

e-up!车型是大众推出的首款纯电动汽车，它基于大众小型汽车up!打造。除了采用完全不同的动力系统外，e-up!车型在车身结构、空调系统、制动及转向系统等方面，均与普通up!车型有或多或少的不同。接下来我们将为您逐一解读。

一、高压系统

e-up!车型的高压系统包括一个三相交流驱动电机（VX54）、2挡变速器（0CZ）、功率控制装置JX1、高压蓄电池（AX2）及充电插座等，这些组件的安装位置如图1。

1.三相驱动电机总成（VX54）

驱动电机总成中包括了牵引电机（V141）、电机温度传感器（G712）、电机转子位置传感器（G713）。铝合金壳体上设置有冷却液接口和三相电源接口（图2）。牵引电机（V141）最大功率为60 kW，最大扭矩为210 N·m，最大转速为1.2万r/min（图3）。电机定子的每个相位包括5个线圈，转子包括5个磁极对，由此产生出色的响应特性和高效率。该电机在不提供牵引力时，还具有发电机的功能。

图1 高压系统组成

图2 电机结构

图3 电机输出功率及扭矩图

电机温度传感器（G712）是一个负温度系数传感器，用来监测定子内的线圈温度，并与功率控制装置（JX1）直接连接。当核心温度超出150℃时，系统将限制功率输出，直至完全关闭牵引电机（V141）。电机转子位置传感器（G713）位于三相驱动电机总成（VX54）的右上方，同样与功率控制装置（JX1）直接连接。如果这2个传感器失灵，车辆将无法行驶。

2.高压蓄电池（AX2）

高压蓄电池（图4）为车辆行驶提供电能，它由204个锂离子电池组组成，额定电压374 V，容量50 A·h，标称能量18.7 kW·h，总质量230 kg。高压蓄电池安装在车辆底板上，可以获得更低的重心和出色的重量分配，其工作温度为-30～50℃，超出这一温度范围会造成功率下降甚至完全切断。

高压蓄电池为防水型设计，外部采用了密封结构，打开保养盖才可以接触到蓄电池电量管理控制单元（J840）。高压蓄电池的壳体分为上、下两部分，上半部壳体为塑料材质，为了保证电磁兼容性而包有一层铝，并且其中还包含有稳压元件。下半部壳体为金属材质，其中包括了电池组固定导轨和碰撞横梁。两部分壳体采用螺栓连接和粘接的方式连接到一起，进行了密封性检查，以确保不会出现水或气体泄漏的情况。通过与车辆相连的2条接地连接，实现壳体对车辆的电位均衡。

蓄电池模块监控控制单元（J497）负责监控各个电池组的电压、温度和充电状态，并将所有信息都发送到蓄电池电量管理控制单元（J840）。对充电状态的控制尤其重要，当所有电池组都具有相同的充电状态时，高压蓄电池才能达到最大容量。J497会将已充满的电池组的电量释放到内部电阻上，以使所有电池组具有相同的电压水平。

图4 高压蓄电池

3.功率控制装置（JX1）

功率控制装置用于控制高压蓄电池（AX2）到三相驱动电机总成（VX54）之间的能量流，同时也可以为12 V车载电网蓄电池供电。该装置安装在发动机舱内的右前方。

4.变速器（0CZ）

e-up!配备了一个2挡变速器（图5），其2个挡位的传动比分别为1.577（主动齿轮26齿、从动齿轮41齿）和5.176（主动齿轮17齿、从动齿轮88齿）。该变速器的最大输入扭矩210 N·m，最大输入转速1.2万r/min，在整个转速范围内都能够保持低噪声。变速器的润滑油容量为0.7 L，含油在内的总重约16.3 kg。变速器和三相驱动电机总成（VX54）构成了一个整体，其总质量约为76 kg。

图5 变速器

5.冷却系统

冷却系统（图6）由发动机控制单元（J623）进行监控和调节，用来对三相驱动电机总成（VX54）、高压蓄电池充电器（AX4）及功率控制装置（JX1）进行冷却，防止过高的温度使敏感部件受损。冷却液的最高温度为65℃。

图6 冷却系统

6.充电方式

e-up!车型配备了2种充电接口，因此可使用2种方式充电，即交流（AC）充电和直流（DC）充电。但实际上，充电时为高压蓄电池加载的都是直流电。如果使用交流电充电，系统会使用发动机舱内的高压蓄电池充电器（AX4）将交流电转换为直流电，并且它会将充电功率限制在3.6 kW以下。如果使用直流电充电，则是通过高压蓄电池充电装置接口（U34）直接充电，最高功率可达50 kW。

图7 车载网络拓扑图

图8 组合仪表

二、电气系统

1.车载网络

e-up!车型车载网络的结构如图7所示。由于驱动系统控制单元的数量有所增加，因此e-up!在驱动系统CAN数据总线之外，额外采用了混合动力系统CAN数据总线。但混合动力系统CAN数据总线并没有连接网关，属于子总线，仅用于各个高压组件之间的通讯。

此外，e-up!车型的组合仪表与普通的up!车型不同，它通过自己的组合仪表CAN数据总线与车辆网络相连。

为增加e-up!的防盗功能，已经将所有的防盗锁止系统元件从第4代升级到第5代。防盗锁止系统控制单元J362集成在组合仪表控制单元J285中，形成主单元，可以控制防盗锁止系统的副单元。

2.组合仪表

e-up!的组合仪表基于甲壳虫车型的Highline型组合仪表，但是对显示仪表和多功能显示屏（MFA）进行了专门改动。除了中间的模拟式车速显示器之外，蓄电池充电状态和百分比功率显示（电力表）也采用模拟式显示。多功能显示屏中的“READY”表示行驶准备就绪状态，此外还可显示以下信息：行驶里程、瞬间耗电量、平均耗电量、充电过程信息、驾驶模式选择及目前可用的功率（图8）。

三、车身与底盘

1.车身结构

e-up!的车身主要尺寸参数如图9所示。从up!到e-up!的发展也对车身结构产生了影响，为了安装高压蓄电池，车辆底板中部以及内板进行了重新开发，以便为高压蓄电池创造空间。由于对碰撞安全的极高要求，因此车身增加了热变形部件的使用比例（图10），并且几何形状和材料质量也有所变化。例如，由于特殊的碰撞要求，B柱内部独立部件的几何形状和材料均进行了改进，以获得更高强度。为避免受到腐蚀和碰撞损坏，e-up!还装配了一个底板护板，该护板安装在高压蓄电池下半部壳体和纵梁上。

图9 车身尺寸参数

2.悬架、转向及制动系统

e-up!的前悬架为麦弗逊结构，后悬架为扭力梁结构，前轮采用盘式制动器，后轮采用鼓式制动器，这些均与普通版up!相同。所不同的是，由于e-up!没有传统的内燃机，无法提供真空助力，因此采用了电子机械式制动助力器，并配备了制动系统蓄压器。出于同样的原因，转向系统也采用了电控机械式助力转向系统。

图10 车身材料

图11 空调系统网络图

3.声学措施

为提升车内人员的乘坐舒适性并降低变速器和周围环境的噪声传入，工程师对车辆的声学系统使用了一些额外的措施。这些措施在很大程度上是通过粘接隔音无纺布实现的，它们主要分布在两大区域，即车尾噪声区和前部车身。与普通up!车型相比，e-up!还增加了后轮罩内板，并在前后轮罩内板内侧粘接有消声减振块。

四、空调系统

纯电动汽车的空调系统结构与传统的内燃机有很大不同，以e-up!车型为例，其空调系统的主要部件包括电动空调压缩机（V470）、高压加热装置（Z115）和空调操作元件（EX21）。其控制网络图如图11。

1.电动空调压缩机（V470）

由于没有燃油发动机为压缩机提供动力，所以e-up!采用了电动空调压缩机（图12）。它安装在电驱动装置的右前方，额定电压374 V，转速800～8 600 r/min，功率消耗3.6 kW，工作温度-10～120℃，质量6 kg，使用LIN总线与空调控制单元J255通信。该压缩机采用了涡旋式结构设计，压缩机由相互啮合的一条固定螺旋线和一条旋转螺旋线构成。旋转的螺旋线通过电机的偏心轮驱动并以圆形轨迹转动。通过这一偏心运动，螺旋线形成多个逐渐变小的腔室，制冷剂R134a在这些腔室中被压缩。

图12 电动空调压缩机

图13 高压加热装置

图14 电加热风挡玻璃

2.高压加热装置（Z115）

同样因为没有燃油发动机提供废热的缘故，所以e-up!的暖风系统使用高压加热装置（图13）来加热回路中的冷却液。该装置的功率为5.5 kW，输入电压180～374 V，最大输入电流30 A，通过一条高压线与高压电源相连，12 V接口则用来与空调控制单元J255进行通讯。

空调控制单元J255通过LIN总线对高压加热装置进行控制，可在0～100%的范围内提供所需热功率。冷却液的输入和输出口各有一个温度传感器进行测量。高压加热装置Z115具有3个加热回路，加热回路1和2通过脉宽调制信号（PWM）控制，加热回路3根据设置的挡位完全打开或关闭。

3.可加热的挡风玻璃（Z2）

e-up!装配有可加热的挡风玻璃（图14），加热丝的矩形分布可保证整个玻璃表面不会出现雾化。有2种方式可以启动挡风玻璃加热装置：通过加热开关E180手动启动，或者通过空调控制单元J255自动控制。挡风玻璃四周没有密封条，而是粘接到框架上。如果带有滑动天窗，则框架的上部区域为唇形结构。搭铁带通过螺栓安装在车内照明灯下方的车身搭铁点上。