捷豹I-PACE纯电动汽车的电力驱动系统(二)

◆文/北京 多飞

(接2019年第3期)

6.蓄电池电量控制模块(BECM)

蓄电池电量控制模块(BECM)是电动车(EV)蓄电池的组成部分。如图14所示，蓄电池电量控制模块(BECM)位于BEM模块的下部，安装在BEM安装板上。BECM监控以下内容：

(1)EV蓄电池模块蓄电池单元的电压；

(2)内部EV蓄电池模块的温度；

(3)高压(HV)互锁回路；

(4)蓄电池电量模块(BEM)中不同点的高压直流(DC)电压；

(5)BEM中的HVDCBEM电流传感器；

(6)冷却液进口和出口连接中的EV蓄电池冷却液温度传感器；

BECM控制以下EV蓄电池温度控制部件：

(1)EV蓄电池冷却液泵；

(2)EV蓄电池换向阀。

BECM还控制BEM中的接触器，在高压互锁回路受损或取下维修断开装置(SDU)钥匙时隔离EV蓄电池。BECM通过高速(HS)控制器局域网(CAN)电源模式0系统总线与高压(HV)系统和其他车辆系统进行通信。如果与BECM之间的通信中断，则主接触器将被强制打开。即使车辆在负载下行驶时，这种情况也可能会出现，因为HV蓄电池的状态必须始终得到监测。此时，车辆将仍然在控制之下，因为转向和制动系统由12V辅助蓄电池备用电源提供支持。

7.高压安全系统(高压互锁回路HVIL)

高压互锁回路(HVIL)是一个安全系统，用于防止HV电缆在断开时带电。HVIL监测HV接头与其对应的部件之间的完好性。HVIL由BECM进行监测，与之相关的DTC将会记录在该模块中。每个HVIL电路都由一个12V，10mA电源和一个电流感应电阻器组成。BECM监测流过电阻器的电流以检测是否存在断路或对接地或12V电源短路。HVIL电路电缆并不沿着HV电缆的长度布设，每个HV接头中都有一个回路连接，这就使得电路回路变得完整。如果部件发生意外损坏或意外断开，则将防止断开的HV接头中存在高压。高压互锁回路连接到以下部件的高压直流(DC)接头。

图14 蓄电池电量控制模块(BECM)

(1)EV蓄电池：①EV蓄电池左前方的HVDC接头(至前电力变频转换器EPIC)；②EV蓄电池右前方的HVDC接头(至高压接线盒HVJB)；③EV蓄电池后部蓄电池电量模块(BEM)上部的HVDC接头(至EPIC)。

(2)通过接线线束连接以下部件外部高压互锁回路：①电动空调(A/C)压缩机；②HV内部加热器；③直流-直流(DC/DC)转换器；④有线车载充电模块。

HVIL电路的起点和终点都在BECM处，HVIL电路经过的HV部件如图15所示。由图可知，共有3支HVIL电路，分别如下。

(1)HVILA：HV蓄电池处的后逆变器电源连接。

(2)HVILB：①BCCM；②HV蓄电池处的前逆变器电源连接；③直流-直流转换器；③EAC压缩机；④HVJB；⑤HVCH。

(3)HVILC：维修断开装置(SDU)。

从前后逆变器至EDU的三相连接并未包含在HVIL电路中。这些连接由逆变器及其相关的每个EDU以数字方式进行监测，每个EDU还会通过Flexray网络向PCM发送此状态。

如果在车辆静止不动时检测到HVIL故障，则HV接触器将被打开，HV电路将被放电。如果在驾驶员尝试起步时检测到HVIL故障，则HV蓄电池HV接触器将被闭合，车辆可以行驶。这是因为驾驶员处于车内，接触到暴露的HV电路的风险极小。在HVIL中识别为断路的HV部件将不工作，尽管只要HV连接存在，功能就不会得到削弱，但是将会记录DTC。如果在车辆行驶时出现故障，则车辆将会继续行驶，直至车辆停止，然后根据故障的位置，将会出现安全响应。这将导致功能下降，具体取决于发生故障的位置处的部件。如果在充电时发生HVIL故障，则充电将被停止。作为HVIL测试功能的组成部分，HVIL电路将会受到持续监测。

图15 高压互锁回路HVIL

8.断路监测

与HVIL测试相关的是一项称为断路监测的系统检查。该检查用于在向系统施加全部HV之前测试HV电路。该检查通过防止将全部HV施加给断开的电路来确保系统的安全操作。

9.HV电路绝缘监测

BECM的HV接触器元件中包含自诊断功能。该功能利用HV蓄电池电压本身监测HV电路与车辆底盘之间的电阻。这称为绝缘测试。如果电阻降至225千欧以下，则表示检测到故障。如果在车辆静止不动时发现这种情况，则HV电路将被关闭，驾驶员将会看到一条警告，同时BECM中会记录一个DTC。如果在车辆行驶时发生绝缘故障，则车辆将会继续行驶，同时驾驶员会看到一条警告。绝缘测试将会持续进行以确保HV电路的安全。注意：如果接收到来自约束控制模块(RCM)的碰撞信号，则在5s内将会停止绝缘测试电压，测试电压将会消失。

10.HV接触器控制

蓄电池电量控制模块(BECM)负责执行HV电路的电压预充电。为此，它将会向HV电路施加受控的电量，从而在闭合主正极接触器之前，将HV电路电压升至与HV蓄电池电压相差的6V之内，这有助于防止HV接触器受到高浪涌电流的影响。此程序将确保降低HV接触器的接触器表面处受到损坏的风险。该流程由BECM的内部软件进行完全管理，并且没有直接诊断连接。BECM将会记录在此电路中识别的故障。

在向电路施加预充电电压之前，系统将会执行自检，它通过监测电压增长时间来完成此操作。如果在200ms内未发生此操作，则预充电接触器闭合序列将被中止，此时需要执行全面的BECM断电。HV接触器的工作序列如下：

(1)主负极接触器闭合；

(2)预充电接触器闭合，并通过电阻器组和BECM使电路接通；

(3)执行电路自检以检查熔丝和HV接线电路的完整性；

(4)如果自检通过，则主正极接触器闭合,如果未通过，则它将会记录一个DTC，并在规定时间内继续执行自检程序；

(5)预充电接触器打开，留下主接触器闭合，将HV蓄电池组最高电压和电流传输至HV部件系统。

11.BECM故障反应策略

BECM将HV蓄电池温度告知供暖、通风和空调模块，以便根据需要启用HV蓄电池回路的冷却或加热。如果系统检测到HV蓄电池内部温度超出正常工作温度范围，则它可能会限制输送或供应给HV电路的电量。HV蓄电池的温度控制对于确保最佳性能至关重要，该温度由BECM进行控制。当车辆行驶时，以及当车辆通过BCCM和充电插座连接至外部电源时，温度调节都会工作。如果单体电池温度之间的差异超过15℃，则HV蓄电池温度控制也将被激活。与监测部分配合，BECM也可以限制可用功率。BECM故障反应策略如下：

(1)CAT3-向驾驶员显示维修信息，具备自我清除功能；

(2)0CAT4-在未向驾驶员发送警告消息的情况下降低额定功率，具备自我清除功能；

(3)CAT5-意外断电，HV接触器保持打开10s，同时执行HV主动放电，具备延时自我清除功能；

(4)CAT6-所有HV接触器将会在2.5s延时后打开，需要关闭系统才能清除警告；

(5)CAT7-立即打开HV接触器，需要关闭系统才能清除警告。

12.维修断开装置(SDU)

维修断开装置(SDU)如图16所示，SDU位于电动车(EV)蓄电池的后顶部，左侧后排乘客座椅下方。通过第二排座椅座垫下方的可拆卸盖板，可以接触到SDU钥匙。SDU可直接断开蓄电池正极线路处的正极电路。当车辆处于带电状态时，除非紧急情况需要拆卸该部件，否则严禁拆卸该部件。将SDU钥匙转动90°并向上抬起，即可取下该钥匙。作为HV断电程序的组成部分，在该程序期间需要断开SDU。必须始终遵循正确的程序。请参考维修手册以了解相应的程序。

图16 维修断开装置(SDU)

三、高压部件与高压电气分配

1.蓄电池充电控制模块(BCCM)

蓄电池充电控制模块(BCCM)位于前舱内，如图17所示。BCCM的作用是控制电动车(EV)蓄电池充电。BCCM可以连接到高压(HV)交流(AC)外部电源，或HV直流(DC)外部电源。使用HVAC外部电源时，电源经过整流为HVDC，为电动车(EV)蓄电池充电，BCCM同时控制电动车(EV)蓄电池的充电速率。当车辆连接至HVDC外部电源时，可直接用外部HVDC为EV蓄电池充电，接线车载充电模块仅控制充电速率。

BCCM、BECM和PCM之间的通信是通过电源模式0高速(HS)CAN进行。当车辆处于电源模式0时，BCCM和BECM之间进行通信以确保监测HV蓄电池充电率和模块温度。BCCM通过电动驱动冷却液系统进行冷却。电动驱动冷却系统中带有一个电动驱动冷却液泵，由动力传动系统控制模块(PCM)控制循环电动驱动冷却液。进口管和出口管连接到电动驱动冷却系统，以便电力驱动冷却液循环流过接线车载充电模块。

2.直流-直流(DC-DC)转换器

直流-直流(DC-DC)转换器位于前舱内的BCCM上方，如图18所示。DC/DC转换器将来自EV蓄电池的高压(HV)直流(DC)电源转换成12V直流电供所有12V车辆系统和蓄电池使用。此直流电为启动蓄电池、辅助蓄电池充电，以及为所有12V部件供电。DC/DC转换器的输出约为14V。这个设定值由BCM/GWM提供给直流-直流转换器，该数值基于监测到的车辆启动蓄电池的温度和电压。直流-直流转换器已经取代了传统的发电机充电功能。直流-直流转换器并不能将12V电压转换为高压来为HV蓄电池充电。HV电路和低压电路通过“电流隔离”进行相互隔离。这可防止HV和低压电路连接在一起。DC/DC转换器有2个电驱动冷却液连接以提供冷却。电驱动冷却液的流量由PCM进行控制。来自BCM/GWM的通信将会通过HSCAN电源模式0系统总线发送充电负载请求，直流-直流转换器将会生成正确的输出电压以匹配车辆负载请求。以下情况直流-直流转换器可能会被禁用：(1)温度过高；(2)HV系统电压过高或过低；(3)12V系统电压过高或过低；(4)电流过高；(5)CAN信号不正确。

图17 蓄电池充电控制模块(BCCM)

图18 直流-直流(DC-DC)转换器

3.高压冷却液加热器(HVCH)

I-PACE上安装了一个7kW高压冷却液加热器(HVCH)。HVCH位于前舱内，在HVJB后面，如图19所示。它用于根据BECM或供暖、通风和空调(HVAC)模块的请求对座舱或HV蓄电池进行加热。HV内部加热器接收到来自电动车蓄电池的高压直流(DC)电源。由自动温控模块(ATCM)通过局域互联网络(LIN)控制。HVCH的控制通过电源模式0HSCAN系统来实现，因为BCCM可以指令加热以确保HV蓄电池处于最佳充电温度。HVCH集成在座舱加热回路中，它通过热交换器将产生的热量传递至座舱。HVJB中有一个用于电路保护的熔丝，它是不可更换的。

4.电动空调(EAC)压缩机

EAC压缩机位于前EDU的后面，是一个3相变速涡旋式压缩机，如图20所示。电动空调(EAC)压缩机由一个高压(HV)电机总成驱动，其内部有一个逆变器，用于将HV蓄电池提供的DC输入电压转换为三相交流(AC)电源以驱动电机。该电路由位于HVJB内的一个不可更换的熔丝提供电源和保护。压缩机通过SPA2机油进行润滑。为防止A/C系统承受过大的压力，在电动A/C压缩机出口侧安装了一个泄压阀(PRV)。PRV将过大的压力排放到前舱中。通过改变电机转速，可改变电动空调压缩机的排量，这由自动温控模块(ATCM)进行控制。ATCM控制电动A/C压缩机的转速，以匹配A/C系统的热负载和其他因素。ATCM通过局域互联网络(LIN)控制电动A/C压缩机的操作。

图19 高压冷却液加热器(HVCH)

图20 电动空调(EAC)压缩机

5.逆变器和电力驱动单元(EDU)

逆变器也称电力变频转换器(EPIC)。I-PACE配有两个逆变器，一个控制前电动驱动单元(EDU)，另一个控制后电动驱动单元(EDU)。两个EPIC均位于对应的前后EDU的正上方，前EDU和前逆变器如图21所示，后EDU和后逆变器如图22所示。

辅助蓄电池通过右前接线盒(FJB)为前EPIC提供低压12V电源。启动蓄电池通过左FJB为后EPIC提供低压12V电源。前、后EPIC由动力传动系统控制模块(PCM)控制。PCM通过FlexRay与前部和后部EPIC进行通信。PCM控制EPIC以在电机与发电机之间改变EDU的操作。当EDU作为电机运行时，HV蓄电池提供电源。EPIC通过HV3相AC电缆提供交流电(AC)。AC的相位根据来自EDU的所需扭矩以及来自3个集成EDU位置传感器的信号而发生变化。当EDU作为发电机运行以提供再生制动时，EDU向EPIC提供HV3相AC。EPIC将AC整流为直流电(DC)并调节电压，从而为HV蓄电池充电，HV蓄电池存储电能。前部和后部EPIC连接到电力驱动冷却系统。电子驱动冷却液的流量由PCM进行控制。EPIC具有4个电气接头，分别为：(1)至EV蓄电池的HVDC接头；(2)至EDU的HV3相AC接头；(3)电气等电位连接电缆；(4)012V系统和EDU控制的主接线线束接头。

图21 EDU和前逆变器

图22 EDU和后逆变器

6.高压接线盒(HVJB)与高压电气分配

高压接线盒(HVJB)在BCCM的正后方，如图23所示。高压接线盒(HVJB)接收来自高压(HV)蓄电池的HV电源，并将电力分配给辅助HV部件。当车辆连接至市电电源进行充电时，HVJB还会接收来自BCCM的电源，它会将来自BCCM的输入电压引导至HV蓄电池。HVJB含有HV系统部件的熔丝。注意：HVJB中的熔丝不可更换。由HVJB供电的部件及其熔丝额定值：(1)直流-直流转换器-30A；(2)HVCH-40A；(3)EAC压缩机-30A。