宝马X1 PHEV高电压组件的电机电子装置(下)

2022-09-09山东刘春晖

汽车维修与保养 2022年5期

◆文/山东刘春晖

(接上期)

三、DC/DC转换器

电机电子装置中的DC/DC转换器操作模式包括：备用(组件故障、短路、电力电子装置闭合)、降压模式(能量传送至低压侧，转换器调整低压侧的电压)、高压链路电容器放电(联锁故障，事故，控制要求)。DC/DC转换器的操作原理如图11所示。

电机电子装置未投入运行时，DC/DC转换器处于“备用”模式。当未向EME控制单元供给指定电压时会出现这种状况，比如：终端状态。但是如果存在故障，EME控制单元会促使DC/DC转换器进行“备用”模式。在这种操作模式中，两个汽车电气系统之间不存在能量传输，电流相互独立。

当高压系统处于启用状态时，降压模式是一种正常的操作模式。DC/DC转换器将高压电气系统的电能传送至12V汽车电气系统，并在常规汽车中承担发电机的功能。DC/DC转换器必须降低高压电气系统至汽车低压电气系统的电压变化。汽车高压电气系统中的电压(比如)取决于高压蓄电池单元的充电状态(220~300V左右)。

汽车低压电气系统中的电压可以控制DC/DC转换器，确保12V蓄电池处于最佳充电状态，并根据充电状态及蓄电池的温度将电压设定在14V左右。DC/DC转换器的持续输出功率为2400W。

DC/DC转换器技术还可以启用“eBOOST”操作模式，高压系统关停(常规关停或快速关停)过程中，DC/DC转换器保留最后一种操作模式。为了对高压系统进行关停，系统必须在5s内放电至低于60V的安全电压。如图12所示，DC/DC转换器为链路电容器配置了一个放电电路。首先，放电电路尝试将链路电容器中存储的能量输送至汽车低压系统。如果该项动作未能引发电压的快速降低，则通过启用的电容器实施放电。高压电气系统通过这种方式在5s内放电。从安全角度考虑，还配置了一种被动放电电容器(平行开关)。在前两种方式出现故障无法工作时，通过这种方式可以确保高压电气系统的放电。将电压放电至低于60V的周期较长，最长时间为120s。

DC/DC转换器的温度通过温度传感器测量，并通过EME控制单元进行监控。如果温度超过许可范围，即便采用而冷却液进行冷却，EME控制单元仍将降低DC/DC转换器的功率，以便保护组件。

四、启用电机的电力电子装置

启用电机的电力电子装置主要采用DC/AC转换器制作而成。这是一种带有双销DC电压接口和3相AC电压接口的脉冲转换器。在其作为电动机工作时，这种DC/AC转换器可以作为换流器工作，并且可以将高压蓄电池单元的能量传导至电机。

但是，DC/AC转换器也可以作为一种整流器，并将电机的电能传导至高压蓄电池单元。这种动作在制动能再生过程中执行，在此过程中，电机作为发电机并且可以产生电能。

如图13所示，DC/AC转换器的操作模式通过EME控制单元界定。EME控制单元还接收DME控制单元发出的设定值(主要输入变量)，电机应为DME控制单元提供扭矩(数量和信号)。通过这个设定值以及电机的当前操作状态(发动机转速和扭矩)，EME控制单元可以判定DC/AC转换器的操作模式以及电机相位电压的振幅和频率。根据此类规范，DC/AC转换器的功率半导体元件被同步启用。

除DC/AC转换器外，电力电子装置还含有电流传感器，电流传感器位于DC/AC转换器AC电压侧的三个相位内。通过电流传感器发出的信号，EME控制单元对应用于电力电子装置及电机的电动功率以及电机所产生的扭矩进行监控。电机电子装置的控制回路通过到电机内电流传感器和转子位置传感器的信号关闭。

电机电子装置和电机的性能数据相互协调。为了避免电力电子装置超负荷，DC/AC转换器中还配备了另外一个温度传感器。如果通过这种信号发现功率半导体元件温度超高，EME控制单元可以降低输送至电机的功率，以便保护电力电子装置。

五、高压电力管理

高压电气系统的功率管理包括两个子功能：一个用于驱动模式，一个用于充电模式。

在驾驶模式条件下，高压蓄电池单元产生的能量传送至高压用电装置，能量在能量回收过程中协同输送至高压蓄电池单元。EME执行下述动作，并且一直重复：

(1)查询高压蓄电池单元是否有可用功率(信号源：SME)；

(2)查询高压蓄电池单元可以使用何种功率(信号源：SME)；

(3)查询所需电力驱动装置所需的驱动或制动功功率(信号源：DME)；

(4)查询空调所需的功率(电气加热装置、EKK、IHKA)；

(5)判定发送至用电装置控制单元的电动功率和通信。

在充电模式条件下，高压电力管理需要执行另一项任务：它通过EME可以控制从汽车外部传导至高压蓄电池单元的能量，如有必要，它还可以通过便捷充电电子装置控制传导至电气加热装置或电动空调压缩机的能量。EME一直重复下述各项步骤：

(1)查询外部是否有可用功率(信号源：KLE)；

(2)查询高压蓄电池单元可以使用何种功率(SME)；

(3)查询空调所需的功率(IHKA)；

(4)要求来自EME的必要功率；

(5)可用局部功率与接收器、高压蓄电池单元(SME控制单元)、加热和空调系统的沟通(IHKA控制单元)。

外部可用功率无法处于较高等级，它受到功率网络和EME的限制。因此，在其可以进行分配前必须查询可用功率。根据其充电状态，比如：高压蓄电池单元无法吸收任意数量的功率，这就是为何必须首先对该数值进行查询的原因。根据高压蓄电池单元的温度，或驾驶员发出的加热或空调要求，加热及空调系统同样需要提供电动功率。该数值时高压电力管理在充电模式下第三重要的输入信号。通过该信息对所需功率进行控制并配送至用电装置。

六、其他高压用电装置的供电

电机电子装置不仅为电机提供电压。便捷充电装置与电机电子装置直接相连，并保障以高压的形式为电动空调压缩机及电气加热装置提供电压。

但是，便捷充电电子装置在该项操作中不存在复杂的控制功能。相反，电机电子装置作为(由高压蓄电池单元提供)高压直流电压的一种简单分配器。为了避免两个高压用电装置的高压电缆在短路时出现超载，电机电子装置中为EKK和电气加热装置分别配备了高压熔丝。高压熔丝的标称电流等级为60A。

高压熔丝不得单独更换，因此，通常需要更换整个电机电子装置(EME)。

七、启用电动真空泵

电机电子装置(EME)通过CAN总线接收数字电动机电子装置(DME)发出的制动真空传感器信号。EME仅提供启用电动真空泵的硬件。EME控制单元还接收动态稳定控制系统(DSC)控制单元的数值信息，比如驾驶速度及刹车踏板操作。

制动真空泵主要用于带有发动机自动起停功能的常规驱动汽车。与此类汽车类似，F49 PHEV的制动伺服装置壳罩上同样安装了制动真空泵。

DME为传感器提供电压，传感器根据制动伺服装置中的真空条件返回电压信号。这种传感器模拟信号通过DME控制单元转换成实际的制动真空，通过CAN总线输送至EME。

EME控制单元对制动真空信号进行评估，包括动态处理特点(比如：驾驶速度)以及刹车踏板动作，并判定电动真空泵是否应该打开。此外，功能逻辑参考延后作用，以免电动真空泵持续打开和关闭。或者，电动真空泵保持持续打开状态，直至达到规定的最小制动真空等级。

电机电子装置包含一个输出级(半导体继电器)，电动真空泵的电源通过该装置可以进行打开和关闭操作。根据需要，DC/DC转换器的输出级可以直接切换至电动真空泵。在该项流程中，最大打开电流为30A。电流等级进行电子限制，以便保护输出级和线路。电动真空泵未配备功率或发动机转速控制装置-只是简单的打开和关闭。

通过制动真空传感器可以检测电动真空泵的故障，如果发现故障，则无法提供真空条件。但是至少具备法律规定的刹车装置(刹车踏板作用力增加)。DSC将实现一种液压制动伺服辅助，即：根据驾驶员的作用力产生一种液压增强的压力。

优点：在故障条件下，刹车踏板的作用力同样较低缺点：刹车踏板响应被改动。

八、高压联锁回路

高压联锁回路如图14所示，集成在蓄电池管理电子装置(SME)内用于控制与产生高电压联锁回路检测信号的电子装置。高电压系统启动时开始产生检测信号，高电压系统关闭时停止产生检测信号。

通过蓄电池管理电子装置产生一个矩形交流信号，并传送至测试引线。测试引线有一个环形拓扑(与MOST总线类似)。测试引线的信号在环内的两个点进行评估：电机电子装置(EME)及环形拓扑结束时的蓄电池管理电子装置内。如果信号超出固定范围，责电路断开，或汽车接地被识别为短路，高压系统立即被关闭。如果断开高电压安全插头(“售后服务断电开关”)处的高电压互锁回路，就会直接断开接触器。此外还会关闭所有高电压组件。

高压联锁回路的其他信息见F49 PHEV高压蓄电池单元的产品信息公告以及混动技术的原理。