大众ID.4纯电动汽车高电压系统详解(上)

◆文/北京 冯永忠

大众ID.4纯电动汽车是2021年世界年度车型，高电压系统经过全新设计，与模块化纯电动平台架构无缝集成。动力蓄电池是车辆底盘的一部分，安装在车辆下部，以提供较低的重心。ID.4纯电动汽车高电压系统如图1所示。

ID.4上市后先配备了82kWh的动力蓄电池，稍后将提供62kWh动力蓄电池的车型。82kWh动力蓄电池在12个电池模块中有288个单体电池。这些电池模块安装在一个轻型铝制结构的壳体中，动力蓄电池外壳用螺栓固定在车身上。

ID.4可以通过交流(AC)和直流(DC)快速充电桩充电。车载充电器允许ID.4充电使用家用或公共2级充电桩，动力蓄电池充电1h，可以行驶约53km，并在约7.5h内充满电(图2)。在直流快速充电站，使用125kW的充电桩，ID.4可以在大约38min内从5%充电到80%，充电口如图3所示。

一、电气元件位置

ID.4纯电动汽车的高电压电气元件包括动力蓄电池AX2、电压转换器A19、高电压加热器(PTC)ZX17、PTC加热器元件Z132、空调压缩机VX81、动力蓄电池充电器AX4、充电口UX4、三相电流驱动电机VX54、电机电力和控制电子装置JX1，电气元件位置如图4所示。

二、动力蓄电池AX2

82kWh锂离子动力蓄电池AX2的最大交流充电功率为11kW，最大直流充电功率为125kW。包括12个蓄电池模块，如图5所示。62kWh锂离子动力蓄电池的最大交流充电功率为7.2kW，最大直流充电功率为50kW。包括9个蓄电池模块，如图6所示。

锂离子动力蓄电池AX2的技术规范包括质量382~503kg，净能量含量58~77kWh，额定电压400V，蓄电池模块数量9～12个，容量156 ~234Ah，冷却系统使用液体冷却，工作温度范围为-28~60℃，防护等级IP6K7、IP6K9K。动力蓄电池正负极位置如图7所示。

1.蓄电池模块

对于82kWh的动力蓄电池，蓄电池模块配置为8个串联和3个并联。对于62kWh蓄电池，蓄电池模块布置为12个串联和2个并联。蓄电池模块技术规范如表1所示，单体排布如图8~10所示。

2.高低压电气接头

动力蓄电池的高低压电气接头如图11所示。低压电气接头端子包括端子30、端子30C、端子31、安全气囊控制电脑J234、动力蓄电池冷却液温度传感器G898、动力蓄电池冷却液温度传感器G899、控制线、加热元件(PTC) Z132、动力系CAN总线、动力蓄电池冷却液泵V590、动力蓄电池加热混合阀V683、动力蓄电池加热混合阀V696。

3.动力蓄电池的开关单元

动力蓄电池两个开关单元之间的元件有不同的分工，这样能够适应不同动力蓄电池所需的不同空间。ID.4电机电力和控制电子装置JX1中的中间电路电容器C25由电压转换器A19预充电，这样就不需要预充电继电器和预充电电阻器。62kWh动力蓄电池的开关单元如图12所示。

4.动力蓄电池控制装置负极端子SX7的开关单元

动力蓄电池中断熔丝S415是一种烟火式熔丝，可以提高高压系统的安全级别。发生故障时，它的跳闸速度比高压继电器快。如果熔丝跳闸，则必须更换整个动力蓄电池控制装置SX7，而不能只替换或复位熔丝。高压接头上有电压端子，蓄电池调节控制装置J840使用这些端子监控高压接头。动力蓄电池控制装置负极端子SX7的开关单元如图13所示。

5.动力蓄电池控制装置正极端子SX8的开关单元

动力蓄电池控制装置正极端子SX8的开关单元内部有一个高压系统熔丝S352。这个熔丝一旦熔断，无法更换或复位，需要更换整个动力蓄电池控制装置正极端子SX8的开关单元。这个熔丝保护的高压系统元件包括动力蓄电池充电器AX4、加热元件(PTC)Z132、高压加热器(PTC)ZX17、空调压缩机VX81、电压转换器A19。动力蓄电池控制装置正极端子SX8的开关单元如图14所示。

6.蓄电池调节控制装置J840

蓄电池调节控制装置J840的功能包括使用动力系CAN总线进行通信，内部数据总线系统的主控制单元，监测和控制动力蓄电池中的开关单元，对控制线进行监测，监测绝缘电阻，提供动力蓄电池的测量值，在发生故障时，熔断熔丝S415，中断动力蓄电池供电。蓄电池调节控制装置如图15所示。

蓄电池调节控制装置J840的针脚分配包括32针连接、12针连接和40针连接。32针连接接到蓄电池外壳上的低压电气接头，连接CAN总线和LIN总线的蓄电池模块控制装置J1208–J1210，以及蓄电池外壳的接地连接。12针连接动力蓄电池开关单元中高压接头前后的电压信号。40针连接高压蓄电池中断熔丝S415，动力蓄电池高压加热器1号温度传感器G1132，动力蓄电池高压加热器2号温度传感器G1133，动力蓄电池电压传感器G848，动力蓄电池电压2号传感器G1131。

7.蓄电池模块控制装置J1208-J1210

每个蓄电池模块控制装置最多连接4个蓄电池模块。根据蓄电池的大小，使用2～3个控制装置。通过蓄电池模块控制装置J1208-J1210，蓄电池调节控制装置J840可以监测蓄电池电压，监测模块温度，平衡单体电池，如图16所示。

22针连接将蓄电池模块控制装置连接到各个蓄电池模块。12针连接用于连接其他蓄电池模块控制装置或蓄电池调节控制装置J840。ID.4车型的单体电池具有被动平衡功能。这表示使用电阻器可以将所有单体电池放电至单体电池的最弱电压等级。

三、三相电流驱动电机VX54

三相电流驱动电机VX54与电机电力和控制电子装置JX1一起安装在车辆后部。它与低温冷却回路相连。三相电流驱动电机VX54包括带转子和定子的电机V141、电机温度传感器G712、电机转子位置传感器G713。电机V141如图17所示。

电机V141的定子采用发夹法制造。单个定子元件看起来像发夹。除了自动化大批量生产的优势外，与绕线线圈设计相比，定子具有更好的散热和更低的转子损耗。

1.电机温度传感器G712

电机温度传感器G712位于两个定子电磁线圈之间，以改进信号检测。它是负热系数(NTC)传感器，向电机电力和控制电子装置JX1报告电机温度。电机温度传感器的温度信号可以防止电机V141过热。温度达到160℃时，电机降低输出功率。电机温度传感器G712如图18所示。

2.电机转子位置传感器G713

电机转子位置传感器G713安装在三相电流驱动电机VX54上，作为具有高级评估功能的感应传感器。传感器轮安装在驱动它的电机转子上。电机转子位置传感器G713判断位置、旋转方向和部件公差。它直接与电机电力和控制电子装置JX1连接。电机转子位置传感器G713如图19所示。

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