比亚迪E5高压电控系统功能分析

魏冬至

关键词：新能源汽车；高压电控系统；控制策略

中图分类号：U472.4 文献标识码：A

0引言

国家统计局数据显示，全国的汽车保有量逐年增长，2020年末全国民用汽车保有量28 087万辆，其中新能源汽车产量145.6万辆，2021年全国机动车保有量达3.95亿辆，其中新能源汽车784万辆。据公安部发布的《2022年上半年全国机动车和驾驶入统计数据》，截至2022年6月底，全国机动车保有量达4.06亿辆，其中汽车3.10亿辆，新能源汽车1001万辆，占汽车总量的3.23%。而这其中，纯电动汽车保有量为810.4万辆，占新能源汽车总量的80.93%。在保有量方面，据艾媒咨询预测，2025年我国新能源汽车保有量预计达2 672万辆，其中纯电动汽车将达2324万辆。而据信达证券预计，2025年，我国新能源汽车保有量将突破3000万辆。由于国家法律法规对环保的严格要求，汽车生产企业乃至用户对新能源汽车的认可度逐年提升，新能源汽车保有量也逐年增长，随之其售后量也日趋增大。新能源汽车有别于传统燃油汽车，其是依托电池、电机、电控系统（简称“三电系统”），摒弃内燃机进行发展，因此对于新能源汽车的维修保养也应该重新认识，认真学习，以满足日趋增长的新能源汽车维修业务量和新要求。

1新能源电动汽车的分类

目前，新能源电动汽车有3种类型，分别是混合动力汽车（油电混动）、纯电动汽车、燃料电池汽车。混合动力汽车，顾名思义，车辆动力的来源可以是传统发动机，也可以是动力电池包，混动的形式有串联混动、并联混动和混联混动；按照发动机参与输出功率的比例，又可分为弱混动、轻混动、中混动、重混动。纯电动汽车是指车辆的动力源只有动力电池包，按照电池的类型，可以分为铅酸电池纯电动汽车、镍氢电池纯电动汽车、锂电池（三元锂、磷酸铁锂和钛酸锂）纯电动汽车等，目前市场主流的动力电池类型是磷酸铁锂电池和三元锂电池。燃料电池汽车是电动汽车未来的发展方向，燃料（氢气）通过小型的反应堆，实现电荷转换，产生电压，给动力电池包充电，再驱动车辆行走，并且在车辆整个运行过程中，排放物只有水，完全实现零排放。

2纯电动汽车高压电控系统的组成

市面上所有的纯电动汽车的三电系统幾乎都是相同的，本文以2017款比亚迪E5为例简要说明纯电动汽车高压电控系统的组成及工作原理。

2017款比亚迪E5是比亚迪公司旗下的一款纯电动汽车，长4680 mm，宽1765 mm，高1500 mm，轴距2660 mm。其最高车速为130 km/h，电动机的最大功率为160 kW，扭矩为310N·m。其E5-450车型采用三元锂电池，容量为60.48 kW·h，工作电压为633.6 V，标准续航里程为400 km。

2017款比亚迪E5高压电控系统主要由高压动力电池包、四合一高压电控总成[高压直流到低压直流转换器（DC-DC）、车载充电机（OBC）、电机控制器（MCU）、高压配电盒]、永磁同步电机、整车控制器、暖风加热器（ PTC）、空调压缩机等组成。2017款比亚迪E5高压电控系统组成如图1所示。

3纯电动汽车高压电控系统的工作原理

3.1上电预充过程

当驾驶员将遥控钥匙带入车内，踩踏制动踏板，按动一键启动开关时，车辆仪表板上“OK”灯点亮的过程，是一个上电预充的过程。首先，高压动力电池包内的正极接触器和负极接触器吸合，四合一高压电控总成内部的预充接触器也吸合。其次，高压动力电池包内的高压直流电从正极流出，经由霍尔电流传感器、预充接触器和100Ω的预充电阻，到达电机控制器，此时，电机控制器内的电容开始充电，电容负极经四合一高压电控总成内部的高压直流母线流回高压动力电池包，经由负极接触器，回到高压动力电池包负极，形成回路。预充开始，在规定时间内，当预充电容的电压与高压电池包的总电压相差50 V（有资料显示预充电容的电压达到高压动力电池包电压的2/3）时，预充接触器断开，放电主接触器吸合，高压动力电池包开始对外放电。同时，高压动力电池包的电也要供给DC-DC，DC-DC将高压直流电转变为直流14 V左右的低压电，给低压铁电池充电，并且给全车的低压用电设备供电。预充电路（预充接触器和预充电阻）有以下3个方面的作用：一是防止高压动力电池包的高压直流电冲击电机控制器；二是在上电过程中，使直流母线的电流缓慢上升，防止大电流烧坏正负极接触器的触点；三是减少大的放电电流对高压动力电池包的影响。

3.2纯电动汽车工作状态

高压上电完成后，当驾驶员松开制动踏板或者踩踏油门踏板时，高压动力电池包的电经由各相关接触器、高压直流母线加载到电机控制器上，电机控制器控制6个绝缘栅双极晶体管（IGBT）适时接通或者断开，将高压直流电逆变为三相频率可调的交流电，供给三相交流永磁同步电动机（MG），三相交流永磁同步电动机旋转驱动减速器、差速器、半轴，使车轮旋转，车辆行驶。同时，高压动力电池包的电也要供给DC-DC，DC-DC将高压直流电转变为直流14 V左右的低压电，给低压铁电池充电，并且给全车的低压用电设备供电。

3.3制动能量反馈状态

当车速大于30 km/h，车辆处于滑行或者制动状态，并且高压动力电池包的电量在90%以下时，制动能量回收系统开始起作用。此时，车轮带着传动机构拖动三相交流永磁同步电动机转子转动，三相交流永磁同步电动机转子永磁，磁场转动，定子被迫切割磁力线发电，定子U、V、W三相接头输出三相交流电到电机控制器，电机控制器内部的整流器整流后升压，将所产生的电能回馈到直流母线，给高压动力电池包充电。

3.4漏电状态

当四合一高压电控总成内部的漏电传感器监测到直流母线上有漏电时，立即断开放电主接触器、正极接触器、负极接触器，实施高压下电。电机控制器内部的预充电容在5s内通过主动泄放电路将电容电量泄放掉，防止电容存有的高电压造成人员电击电伤。当预充电容电压下降到60 V以下时，泄放结束。

3.5 PTC工作状态

当驾驶员有开暖风取暖的需求时，高压直流电通过32 A空调系统保险给PTC加热器供电，PTC加热器加热循环水，暖风循环水泵将热水送至位于仪表台内部的暖风水箱，鼓风机工作，热风通过相应的风道翻板，到达驾驶员选择的送风位置。

3.6空调压缩机工作状态

当驾驶员有开空调制冷的需求时，高压直流电通过32 A空调系统保险给空调压缩机供电，压缩机工作，制冷剂在空调管路中实现物态变换，在蒸发箱实现液气物态变化，吸热制冷，鼓风机工作，冷风通过相应的风道翻板，到达驾驶员选择的送风位置。

3.7电池加热器工作状态

当高压动力电池包内的温度传感器监测到温度低于设定下限时，电池管理器（BMS）控制电池加热器的接触器吸合，高压直流母线通过32A空调系统保险给电池加热器供电，电池加热器加热循环水，在水泵作用下，热水被导入高压动力电池包内的加热水道，使其温度上升。

3.8交流充电状态

当车辆停驶，使用家用小型充电桩对车辆进行交流慢充时，交流充电枪插入车辆交流充电口，完成连接确认（CC）和控制确认（CP），交流电（220V）被引入车载充电机，之后在车载充电机内完成升压、整流，变成高压动力电池包所需的直流电，给高压动力电池包充电。

3.9直流充电状态

当车辆停驶，使用大功率的直流充电桩对车辆进行直流快充时，直流充电枪插入车辆直流充电口。先后完成物理连接、低压辅助上电、充电握手、充电参数配置，确定电池和充电机的必要信息后，充电桩合适的直流电从直流充电口进入车辆，经高压直流母线，给高压动力电池包充电。

4结语

纯电动汽车的高压电控系统是区别于传统内燃机汽车的最重要特征之一，本文以2017款比亚迪E5为例，总结了纯电动汽车高压电控系统的组成，各部分的作用、工作原理，以及整个系统在9种工作状态下的控制策略，有助于了解其他车型的高压电控系统，掌握电动汽车的维护和保养技巧，加强电动汽车领域的技术研究和创新。