2014款宝马i8高电压蓄电池单元(一)

2021-07-10山东刘春晖

汽车维修与保养 2021年3期

◆文/山东刘春晖

2014款宝马i8(图1)是混合动力双门超级跑车，其采用了动感的前保险杠和经典的散热格栅设计，传承了宝马一贯的家族理念。在动力系统方面，2014款宝马i8搭载了高性能的混合动力系统，突出了车辆超强的动力性能。2014款宝马i8所使用的插入式混合动力系统由两台电动机和一台涡轮增压汽油发动机构成，最高输出功率345马力(符号PS，1PS=0.745kW)，最大扭矩800N·m。其中，1.5L排量三缸汽油发动机使用了燃油直喷和可变进气涡轮增压技术，将动力输出至车辆的后轮。两台电动机将动力传递至前轮。在强劲动力的驱动下，从静止加速到100km/h仅需4.8s，最高车速在电子装置的限制下为250km/h，而且百公里平均油耗仅为3.76L。另外，2014款宝马i8还可以支持纯电力驱动方式，从而实现真正意义上的零排放。

图1 宝马i8外观

一、高电压蓄电池单元简介

1.性能介绍

宝马i8高电压蓄电池单元电动驱动装置的蓄能器，配备两个可为高电压蓄电池充电的电机，宝马i8高电压蓄电池单元的安装位置如图2所示。其中一个电机位于前桥处并驱动前桥。该电机不与内燃机机械连接，可完全独立于内燃机进行控制。通过回收利用制动能量也可为高电压蓄电池充电。另一个电机位于内燃机皮带传动机构内。通过该高电压启动发电机也可在回收利用制动能量时为高电压蓄电池输送电能。此外通过高电压启动发电机还可启动内燃机。

图2 高电压蓄电池单元的安装位置

在带有电动驱动装置的车辆上，高电压蓄电池相当于内燃机驱动车辆的燃油箱。为使宝马i8达到预期可达里程，需要存储的能量经过相应计算。这决定了蓄能器的容积和质量。高电压蓄电池单元位于宝马i8 Life模块下方。这样可对一些车辆特性产生积极影响：①由于安装位置较低降低了车辆重心，因此尤其可减小转弯行驶时的侧倾；②与传统车辆相比，车内空间不会因高电压蓄电池单元受到限制；③维修时易于接近高电压蓄电池单元，因此可减少修理费用；④由于安装位置居中使得质量分布方式比较有利。

2.技术数据

宝马i8的高电压蓄电池单元由带有实际电池的电池模块、电池监控电子装置、安全盒(S盒)、蓄能器管理电子装置SME控制单元、两件式热交换器、导线束、接口(电气、制冷剂、排气)、壳体和固定部件等主要组件构成。

电池由韩国公司Samsung SDI向宝马Dingolfing工厂提供。在此将电池组装成电池模块并与其他组件一起安装为完整的高电压蓄电池单元。SME控制单元和电池监控电子装置的制造商是Preh公司。

在宝马i8高电压蓄电池内使用的蓄电池组属于锂离子电池类型(电池类型为NMCo/LMO混合)。锂离子电池的阴极材料基本上是锂金属氧化物。“NMCo/LMO混合”这一名称说明了这种电池类型使用的金属：一方面是镍、锰和钴的混合物，另一方面是锂锰氧化物。

通过选择阴极材料优化了电动车所用高电压蓄电池特性(能量密度较高、使用寿命较长)。像往常一样使用石墨作为阴极材料，放电时锂离子存储在石墨内。根据蓄电池内使用的材料，电池额定电压为3.7V。表1列出了宝马i8高电压蓄电池重要技术数据。

高电压导线或高电压接口、12V车载网络接口、制冷剂管路或制冷剂接口、提示牌、排气单元是高电压蓄电池单元(图3)最重要的外部特征。高电压蓄电池单元除高电压接口外还有一个12V车载网络接口。此外还为集成在高电压蓄电池单元内的控制单元提供电压、总线信号、传感器信号和监控信号。为对高电压蓄电池进行冷却将其接入制冷剂循环回路内。

图3 高电压蓄电池单元接口

高电压蓄电池单元上的提示牌向进行相关组件作业的人员说明所用技术及可能存在的电气和化学危险。

注意：高电压蓄电池单元的电压远远高于60V。因此进行任何高电压蓄电池单元作业前都必须遵守电气安全规定：①切换为无电压；②防止重新接通；③确定系统无电压。

无法通过组合仪表准确确定系统无电压时，不允许在车辆上继续作业。会有生命危险！之后必须由电气专业人员使用相应测量仪器/测量方法确定系统无电压。在此情况下必须联系技术支持部门，此外必须隔离车辆并用隔离带隔开车辆。

可在无需拆卸高电压蓄电池单元的情况下断开导线(高电压和12V车载网络接口)和制冷剂管路。

高电压蓄电池单元位于车内空间以外。如果由于严重故障导致电池产生过压，不必通过排气管向外排出所产生的气体。通过高电压蓄电池单元壳体上的一个排气单元便可进行压力补偿。所用高电压安全插头(售后服务时断开连接)不是高电压蓄电池单元的组成部分。它位于发动机室盖下方。高电压网络内高电压蓄电池单元的系统电路图如图4所示。

图4 高电压网络内高电压蓄电池单元的系统电路图

二、高电压蓄电池的外部特征

1.机械接口

高电压蓄电池单元的壳体通过八个螺栓固定在宝马i3的Drive模块上。通过这种方式可使重力以及行驶期间产生的加速力作用在车身上。固定螺栓无法直接从下方接触到，因此必须事先拆卸多个底部饰板以及前桥和后桥模块的推力缓冲板。拆卸高电压蓄电池单元时必须首先进行维修说明中规定的所有准备工作(诊断、切换为无电压、拆卸底部饰板等)。松开固定螺栓前必须将下降高度专用工具(可移动总成升降台MHT1200)固定在高电压蓄电池单元下方。宝马i8与宝马i3不同，不通过另一个电位补偿螺栓而是通过安装螺栓在壳体与Drive模块之间建立电气连接。

高电压蓄电池单元壳体与接地(=Drive模块)之间的低电阻连接是确保自动绝缘监控功能正常运行的重要前提条件。因此应注意所有安装螺栓的拧紧力矩是否正确。此外还应注意，无论是高电压蓄电池单元壳体还是Drive模块都不允许在相应开孔处涂漆、腐蚀或有污物。固定安装螺栓前必须根据需要露出裸露金属，因为Drive模块带有KTL涂层(阴极电泳涂漆)。

高电压蓄电池单元固定方式如图5所示，固定安装螺栓时必须遵守准确的工作步骤：①清洁接触面并让第二个人进行检查；②按规定力矩拧紧安装螺栓；③让第二个人检查扭矩；④两人必须将准确工作情况记录在车辆档案内。

图5 高电压蓄电池单元固定方式

Drive模块即底盘构成了集成有高电压蓄电池单元的稳定基础。Drive模块前端和后端的铝合金碰撞主动式结构确保发生正面和尾部碰撞时提供额外安全保护。为了提供最佳保护将高电压蓄电池单元安装在车辆底部，因为发生碰撞事故时车辆在此区域内的变形程度最小。发生侧面碰撞时，Life模块的碰撞特性也有助于保护高电压蓄电池单元，因为在此已吸收大部分能量不会使其传输至蓄能器。高强度CFK乘员区和Drive模块内的智能化作用力分配共同构成了最佳乘员保护的前提条件。

在宝马i8的高电压蓄电池单元上装有三个提示牌(图6)：即一个型号铭牌和两个警告提示牌。型号铭牌提供逻辑信息(例如零件编号)和最重要的技术数据(例如额定电压)。两个警告提示牌提醒注意高电压蓄电池单元采用锂离子技术且电压较高以及可能存在的相关危险。

图6 高电压蓄电池单元壳体上的提示牌

拆卸维修盖后，售后服务人员便可从内部轻松插上和拔下高电压接口上的高电压导线。

在此必须更换维修盖密封件，从而确保高电压蓄电池单元可靠密封。

2.电气接口

(1)高电压接口

如图7所示，在高电压蓄电池单元上带有一个2芯高电压接口，高电压蓄电池单元通过该接口与高电压车载网络连接。

图7 高电压蓄电池单元上部接口

高电压接口的结构如图8所示，围绕高电压导线的两个电气触点各有一个屏蔽触点。这样可使高电压导线屏蔽层(每根导线各有一个屏蔽层)一直持续到高电压蓄电池单元壳体内，从而有助于确保电磁兼容性EMV。此外高电压接口还可防止接触导电部件。触点本身带有塑料外壳，从而防止直接接触，只有连接导线时才压开外套并进行接触。

图8 高电压接口

塑料滑块用于机械锁止插头。此外它还是安全功能的组成部分：未连接高电压导线时，滑块盖住高电压触点监控电桥的接口。只有按规定连接了高电压导线且插头已卡止时，才能接触到该接口并插上电桥。这样可以确保，只有连接了高电压导线时高电压触点监控电路才会闭合。该原理适用于宝马i8的所有扁平高电压接口(高电压蓄电池单元、电机电子装置和增程电机电子装置)。

因此只有连接所有高电压导线后，高电压系统才会启用。这样可以额外防止接触可能带电的接触面。与高电压蓄电池单元的所有其他组件一样，高电压接口可作为单独部件进行更换。

(2)12V车载网络接口

在宝马i8高电压蓄电池单元上带有一个连接12V车载网络带有SME控制单元导线接口和膨胀和截止组合阀控制接口的接口(图9)。