捷豹I-PACE純電動汽車電力驅(qū)動系統(tǒng)（二）

計實

二、高壓部件與高壓電氣分配

1．蓄電池充電控制模塊（BCCM）

蓄電池充電控制模塊（BCCM）位于前艙內(nèi)，如圖14所示。BCCM的作用是控制電動車（EV）蓄電池充電。BCCM可以連接到高壓（HV）交流（AC）外部電源，或HV直流（DC）外部電源。使用HVAC 外部電源時，電源經(jīng)過整流為HVDC，為電動車（EV）蓄電池充電，BCCM同時控制電動車（EV）蓄電池的充電速率。當車輛連接至HVDC 外部電源時，可直接用外部HVDC為EV蓄電池充電，接線車載充電模塊僅控制充電速率。

┃ 圖14 蓄電池充電控制模塊（BCCM）

BCCM、BECM和PCM之間的通信是通過電源模式0高速（HS）CAN進行。當車輛處于電源模式0時，BCCM和BECM之間進行通信以確保監(jiān)測HV蓄電池充電率和模塊溫度。BCCM通過電動驅(qū)動冷卻液系統(tǒng)進行冷卻。電動驅(qū)動冷卻系統(tǒng)中帶有一個電動驅(qū)動冷卻液泵，由動力傳動系統(tǒng)控制模塊（PCM）控制循環(huán)電動驅(qū)動冷卻液。進口管和出口管連接到電動驅(qū)動冷卻系統(tǒng)，以便電力驅(qū)動冷卻液循環(huán)流過接線車載充電模塊。

2．直流/直流（DC/DC）轉(zhuǎn)換器

┃ 圖15 直流/直流（DC/DC）轉(zhuǎn)換器

直流/直流（DC/DC）轉(zhuǎn)換器位于前艙內(nèi)的BCCM 上方，如圖15所示。DC/DC 轉(zhuǎn)換器將來自 EV 蓄電池的高壓（HV）直流（DC）電源轉(zhuǎn)換成 12V直流電供所有12V車輛系統(tǒng)和蓄電池使用。此直流電為啟動蓄電池、輔助蓄電池充電，以及為所有12V部件供電。 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸出約為 14V。這個設(shè)定值由BCM/GWM提供給直流-直流轉(zhuǎn)換器，該數(shù)值基于監(jiān)測到的車輛啟動蓄電池的溫度和電壓。直流-直流轉(zhuǎn)換器已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的發(fā)電機充電功能。直流/直流轉(zhuǎn)換器并不能將12V電壓轉(zhuǎn)換為高壓來為HV蓄電池充電。HV電路和低壓電路通過“電流隔離”進行相互隔離。這可防止HV和低壓電路連接在一起。DC/DC 轉(zhuǎn)換器有 2 個電驅(qū)動冷卻液連接以提供冷卻。電驅(qū)動冷卻液的流量由 PCM 進行控制。 PCM控制電子驅(qū)動冷卻液泵，以根據(jù)冷卻要求調(diào)節(jié)電子驅(qū)動冷卻液的流量。來自BCM/GWM 的通信將會通過HS CAN 電源模式0 系統(tǒng)總線發(fā)送充電負載請求，直流/直流轉(zhuǎn)換器將會生成正確的輸出電壓以匹配車輛負載請求。在下列場景中，直流/直流轉(zhuǎn)換器可能會被禁用：

◆溫度過高

◆HV系統(tǒng)電壓過高或過低

◆12V系統(tǒng)電壓過高或過低

◆電流過高

◆ CAN 信號不正確

3．高壓冷卻液加熱器（HVCH）

I-PACE 上安裝了一個7kW高壓冷卻液加熱器（HVCH）。HVCH位于前艙內(nèi)，在HVJB 后面，如圖16所示。它用于根據(jù)BECM或供暖、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC）模塊的請求對座艙或HV蓄電池進行加熱。HVCH 的控制通過電源模式0 HS CAN系統(tǒng)來實現(xiàn)，因為BCCM可以指令加熱以確保HV蓄電池處于最佳充電溫度。HVCH集成在座艙加熱回路中，它通過熱交換器將產(chǎn)生的熱量傳遞至座艙。HVJB中有一個用于電路保護的保險絲，它是不可更換的。

HV內(nèi)部加熱器接收到來自電動車蓄電池的高壓直流（DC）電源。由自動溫控模塊（ATCM）通過局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（LIN）控制。HV內(nèi)部加熱器具有以下低壓電氣連接：

┃ 圖16 高壓冷卻液加熱器（HVCH）

◆ 來自自動溫控模塊（ATCM）的局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（LIN）

◆ 來自 ATCM 的電源

◆ 連接到蓄電池電量控制模塊（BECM）的HV互鎖回路（2個）

熱量輸出由ATCM根據(jù)對集成控制面板（ICP）、BECM和后集成控制面板（RICP）（如已配備）的加熱請求進行控制。當外部電源連接到車輛為 EV 蓄電池充電時，HV內(nèi)部加熱器可用于為EV蓄電池溫度控制系統(tǒng)提供熱量。在充電之前和充電期間可提供來自HV內(nèi)部加熱器的熱量。當EV蓄電池充電時，HV內(nèi)部加熱器的電源由外部電源供電。

4．電動空調(diào)（EAC）壓縮機

EAC 壓縮機位于前EDU的后面，是一個三相變速渦旋式壓縮機，如圖17所示。電動空調(diào)（EAC）壓縮機由一個高壓（HV）電機總成驅(qū)動，其內(nèi)部有一個逆變器，用于將HV蓄電池提供的DC輸入電壓轉(zhuǎn)換為三相交流（AC）電源以驅(qū)動電機。該電路由位于HVJB內(nèi)的一個不可更換的保險絲提供電源和保護。壓縮機通過SPA2機油進行潤滑。為防止A/C系統(tǒng)承受過大的壓力，在電動A/C壓縮機出口側(cè)安裝了一個泄壓閥（PRV）。 PRV將過大的壓力排放到前艙中。通過改變電機轉(zhuǎn)速，可改變電動空調(diào)壓縮機的排量，這由自動溫控模塊（ATCM）進行控制。ATCM控制電動A/C壓縮機的轉(zhuǎn)速，以匹配A/C系統(tǒng)的熱負載和其他因素。ATCM 通過局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（LIN）控制電動A/C壓縮機的操作。

┃ 圖17 電動空調(diào)（EAC）壓縮機

5．逆變器和電力驅(qū)動單元（EDU）

逆變器也稱電力變頻轉(zhuǎn)換器（EPIC）。I-PACE配有兩個逆變器，一個控制前電動驅(qū)動單元（EDU），另一個控制后電動驅(qū)動單元（EDU）。兩個EPIC均位于對應(yīng)的前后EDU的正上方，EDU和前逆變器如圖18所示，EDU和后逆變器如圖19所示。

前、后 EPIC由動力傳動系統(tǒng)控制模塊（PCM）控制。 PCM通過FlexRay與前部和后部 EPIC進行通信。PCM控制EPIC以在電機與發(fā)電機之間改變 EDU 的操作。當 EDU作為電機運行時，HV蓄電池提供電源。EPIC通過HV三相AC電纜提供交流電（AC）。AC的相位根據(jù)來自EDU的所需扭矩以及來自3個集成EDU位置傳感器的信號而發(fā)生變化。當EDU作為發(fā)電機運行以提供再生制動時，EDU向EPIC提供HV三相AC。EPIC將AC整流為直流電（DC）并調(diào)節(jié)電壓，從而為HV蓄電池充電，HV蓄電池存儲電能。前部和后部 EPIC連接到電力驅(qū)動冷卻系統(tǒng)。電子驅(qū)動冷卻液的流量由PCM進行控制。EPIC具有4個電氣接頭，分別為：

┃ 圖18 EDU 和前逆變器

┃ 圖19 EDU 和后逆變器

◆ 至EV蓄電池的HVDC接頭

◆ 至EDU的HV三相AC接頭

◆ 電氣等電位連接電纜

◆ 12 V系統(tǒng)和EDU控制的主接線線束接頭

輔助蓄電池通過右前接線盒（FJB）為前EPIC提供低壓12V電源。啟動蓄電池通過左FJB 為后EPIC提供低壓12V電源。如果更換了前部或后部電動驅(qū)動單元（EDU），則必須將EDU 旋轉(zhuǎn)分解器角度輸入到各自的前部或后部電力變頻轉(zhuǎn)換器（EPIC）中。旋轉(zhuǎn)分解器角度印在 EDU的標簽上。使用Jaguar Land Rover（JLR）認可的診斷設(shè)備將旋轉(zhuǎn)分解器角度輸入到各自的 EPIC中。這樣可確保EPIC和EDU高效地工作。

6．高壓接線盒（HVJB）與高壓電氣分配

┃ 圖20 高壓接線盒（HVJB）

高壓接線盒（HVJB）在BCCM的正后方，如圖20所示。高壓接線盒（HVJB）接收來自高壓（HV）蓄電池的HV電源，并將電力分配給輔助HV部件。當車輛連接至市電電源進行充電時，HVJB 還會接收來自BCCM的電源，它會將來自BCCM的輸入電壓引導(dǎo)至HV蓄電池。HVJB含有HV系統(tǒng)部件的保險絲。注意：HVJB中的保險絲不可更換。由HVJB供電的部件及其保險絲額定值：

◆直流/直流轉(zhuǎn)換器30 A

◆ HVCH為40 A

◆ EAC 壓縮機30A

7．高壓電氣分配

高壓電氣分配如圖21所示。I-PACE上的HV電路由HV部件組成，這些部件由一系列橙黃色的HV電纜連接在一起。來自HV蓄電池的HV電力直接供應(yīng)至前后逆變器以及HVJB。在駕駛模式下，逆變器將HV直流電力輸送至EDU；在再生制動過程中，逆變器將會接收三相電流。HVJB負責(zé)向HVCH、直流/直流轉(zhuǎn)換器和EAC壓縮機供應(yīng)HV電力。該電路由一組不可維修的保險絲提供保護。HV蓄電池中內(nèi)置了兩個保險絲，一個用于電動驅(qū)動系統(tǒng)，一個用于向HVJB供電的輔助電路。HVJB 中有三個附加的保險絲，它們負責(zé)保護對應(yīng)的部件，這些保險絲不可更換。

┃ 圖21 高壓電氣分配

┃ 圖22 電動驅(qū)動單元

三、電動驅(qū)動單元（EDU）

1．電動驅(qū)動單元（EDU）概述

I-PACE由兩個永磁同步電動驅(qū)動單元（EDU）驅(qū)動，它們分別位于前后軸上，如圖22所示。每個單元都帶有一個單速行星齒輪組變速器和一個以同心方式安裝在電機上的開放式差速器。每個車輪都通過一個半軸連接至變速器，因此提供了四輪驅(qū)動（AWD）能力。EDU 通過每個電機提供的348N·m扭矩和147kW功率。兩個電機的綜合輸出可提供696N·m的瞬時扭矩。每個電機分別連接到一個逆變器。逆變器控制電機的操作以響應(yīng)節(jié)氣門和制動輸入。EDU上的唯一可維修的項目是變速器油封和半軸油封。

前后EDU都連接至電動驅(qū)動冷卻液回路。每個EDU都有一個用于監(jiān)測單元溫度的傳感器，該傳感器以硬接線方式連接至相關(guān)逆變器。EDU溫度數(shù)據(jù)通過FlexRay信號被發(fā)送至PCM。每個EDU都有多個通風(fēng)軟管連接。前EDU有兩個通風(fēng)軟管連接，后EDU有三個通風(fēng)軟管連接。這些通風(fēng)軟管都連接至大氣，以防止該單元內(nèi)的壓力或真空升高。EDU由噪聲、振動、不平順性（NVH）材料進行封閉，以減少從該單元至車輛的NVH 傳遞。前EDU NVH 材料也將空調(diào)（AC）壓縮機覆蓋在內(nèi)。后EDU NVH 材料也將逆變器覆蓋在內(nèi)。

如果更換了EDU 或逆變器，則需要使用Jaguar Land Rover（JLR）認可的診斷設(shè)備進行重新校準。該流程將會校準旋轉(zhuǎn)分解器環(huán)位置，以便確定來自逆變器的高壓三相AC的相位，從而實現(xiàn)最高性能。每個EDU上都貼了產(chǎn)品標簽，標簽上注明了完成校準流程所需的數(shù)據(jù)。

2．永磁同步電機

┃ 圖23 永磁同步電機

I-PACE上安裝了2個永磁同步電機。如圖23所示，使用了配備永磁鐵的轉(zhuǎn)子，永磁鐵與定子繞組處產(chǎn)生的電磁場同步。通過按照逐漸改變每個繞組極性的順序向定子繞組上施加三相交流（AC），定子周圍將會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電磁場。轉(zhuǎn)子位置與這個旋轉(zhuǎn)的電磁場保持一致，從而吸引轉(zhuǎn)子磁鐵的磁場，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)的定子磁場完全同步時，轉(zhuǎn)子的輸出速度與施加到定子繞組上的AC 頻率成一致。在這種情況下，電機功率輸出達到最大。當電磁場繞著定子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子的位置將會與其相匹配。變速器的輸入齒輪直接安裝到轉(zhuǎn)子上。

┃ 圖24 定子-轉(zhuǎn)子的相位關(guān)系

圖24展示了簡單永磁同步電機順時針轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)情況。施加到定子繞組上的三相AC 受到控制，因此能夠從一套繞組旋轉(zhuǎn)到下一套繞組，轉(zhuǎn)子遵照相同的速率旋轉(zhuǎn)。施加到定子繞組上的電流的大小和相位與電機的扭矩輸出成比例，因此需要進行精確控制才能實現(xiàn)電機的效率。旋轉(zhuǎn)分解器環(huán)位置傳感器用于準確檢測轉(zhuǎn)子相對于旋轉(zhuǎn)電磁場的速度和位置，以便全面控制電機輸出。旋轉(zhuǎn)分解器輸出直接被供應(yīng)至逆變器。然后，逆變器在定子線圈上施加正確的頻率和電壓，以確保電機的扭矩輸出與PCM 發(fā)送的扭矩請求相匹配。逆變器也使用位置信息來確保轉(zhuǎn)子始終與旋轉(zhuǎn)磁場保持同步。

當轉(zhuǎn)子的磁場滯后于定子的旋轉(zhuǎn)磁場時，隨著永久磁鐵持續(xù)嘗試“趕上”定子的旋轉(zhuǎn)磁場，電機將會產(chǎn)生驅(qū)動扭矩。AC輸入的正時相對于轉(zhuǎn)子的位置提前，輸入的提前量越大，產(chǎn)生的扭矩也就越大。但是，AC輸入過于提前將會導(dǎo)致磁場脫離同步狀態(tài)，電機將會停轉(zhuǎn)。

AC輸入的正時也可以相對于轉(zhuǎn)子的位置滯后。旋轉(zhuǎn)磁場試圖往相反的方向拉動轉(zhuǎn)子，產(chǎn)生可調(diào)節(jié)的制動扭矩。當制動的動能轉(zhuǎn)換為電能時，電機將會變?yōu)榘l(fā)電機。隨著轉(zhuǎn)子繞著定子轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子的磁場將會穿過定子繞組，從而感生出三相AC。轉(zhuǎn)子的速度和定子線圈的磁場強度與發(fā)電機輸出成正比。

3．電動驅(qū)動單元（EDU）操作

每個電動驅(qū)動單元（EDU）操作的操作都由其所附的逆變器根據(jù)來自動力傳動系統(tǒng)控制模塊（PCM）的扭矩請求指令進行控制。逆變器根據(jù)需要在電機和發(fā)電機兩個角色之間切換EDU 的操作。當EDU作為電機工作時，逆變器接收來自HV蓄電池的直流（DC）電源，然后將其轉(zhuǎn)換為三相交流電（AC）。高壓AC被施加到電機中的三相定子繞組。來自旋轉(zhuǎn)分解器環(huán)位置傳感器的數(shù)據(jù)用于控制HV三相AC的相位。根據(jù)來自PCM的扭矩請求指令，逆變器確定施加到EDU上的HV三相AC的相位（如同步電機操作部分中所述）。逆變器和PCM通過FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)進行通信。

當處于再生制動模式時，EDU產(chǎn)生三相AC以供應(yīng)至逆變器（如同步電機操作部分中所述）。逆變器會將AC整流為DC并調(diào)節(jié)電壓，以便向高壓蓄電池充電。逆變器控制在再生制動期間回收的電能以及對前后輪施加的制動效果。PCM通過FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)將來自每個EDU 的所需制動力數(shù)據(jù)發(fā)送至逆變器。

再生制動有兩個級別：

（1）超速：當駕駛員將腳從加速器踏板上抬起時，逆變器會將電機的操作更改為發(fā)電機，并產(chǎn)生電磁制動（負）扭矩。PCM將會基于EDU和蓄電池容量向ABS控制模塊發(fā)送有多少負扭矩可用于再生制動的計算值。ABS模塊將會計算前后輪所需的制動量，然后通過FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)將此數(shù)值發(fā)送至PCM。然后，PCM將會通過每個EDU所對應(yīng)的逆變器向EDU發(fā)送所需負扭矩的請求，以便維持恒定的減速度。

（2）制動踏板：當踩下制動踏板并且所需的制動力高于0．2g 時，PCM將會基于EDU和蓄電池容量向ABS控制模塊發(fā)送有多少負扭矩可用于再生制動的計算值。ABS模塊將會計算前后輪所需的制動偏差，然后通過FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)將此數(shù)值發(fā)送至PCM。然后，在將實現(xiàn)請求的制動水平所需的來自ABS控制模塊的液壓制動力考慮在內(nèi)的情況下，PCM 將會通過每個EDU所對應(yīng)的逆變器向EDU發(fā)送所需負扭矩的請求。

注意：超速時，駕駛員可以從觸摸屏菜單中選擇兩種再生制動力模式：高（最高為0．2g 制動力）和低（最高為0．07g制動力）。這就允許駕駛員控制松開加速器踏板時產(chǎn)生的負扭矩量。在駕駛時可以選擇這些模式，并且可以在兩者之間平穩(wěn)過渡。例如，當車輛滑行下坡且未踩下加速器踏板時，駕駛員可以選擇高水平再生制動，以便更多地控制車輛下坡速度。

┃ 圖25 EDU內(nèi)部部件

4．EDU變速器部件

EDU內(nèi)部部件如圖25所示，變速器如圖26所示，EDU功率-扭矩曲線如圖27所示。每個EDU都含有一個帶開放式差速器的單速行星齒輪變速器。該變速器降低了電機輸出轉(zhuǎn)速，同時增加了向從動輪輸出的扭矩量。前后EDU 之間的扭矩分配由PCM進行控制，并且基于車輛動態(tài)性能和穩(wěn)定性，以便防止出現(xiàn)過度轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)向不足、車輪打滑等。當從靜止狀態(tài)加速時，電機輸出可在2s內(nèi)升高至160kW，同時后軸將會輸出更多的扭矩，以便充分利用車輛后部的較高抓地性。但是，可能會存在來自底盤輸入的干預(yù)。例如，當在低摩擦路面上從靜止狀態(tài)起步時，車輛會將扭矩偏置從后軸調(diào)節(jié)至前部，以便獲得最高的抓地性。當車輛以低于80km/h的速度巡航時，后軸將會獲得優(yōu)先級來幫助降低座艙內(nèi)的噪聲級。當車輛以較高的速度巡航時，每個EDU之間的扭矩分配幾乎都始終保持在50%。在急加速期間，為了使用每個單元的全部可用功率/扭矩，扭矩分配也為50%。兩個EDU之間的扭矩偏置將會持續(xù)得到調(diào)整，以便針對駕駛條件提供最高的抓地性。

┃ 圖26 EDU變速器

┃ 圖27 EDU功率-扭矩曲線

注意： I-PACE 具有一個駕駛爬行模式，駕駛員能夠從觸摸屏菜單中選擇該模式。在選擇后，該模式將允許車輛在駕駛員松開制動踏板時輕微地向前移動，就像傳統(tǒng)的自動變速器一樣。只有在變速器處于駐車擋時才能打開或關(guān)閉該模式。

四、駐車鎖執(zhí)行器

1．駐車鎖執(zhí)行器

駐車鎖執(zhí)行器位于前EDU的左后側(cè)，位置如圖28所示，內(nèi)部操作示意圖如圖29所示。安裝在EDU殼體內(nèi)部的一個鎖定爪由一根彈簧固定在分離位置。選擇駐車擋后，執(zhí)行器操作會導(dǎo)致鎖定爪嚙合到EDU輸出裝置上的齒圈中，以機械方式將該裝置鎖定到位。變速器換擋旋鈕（TCS）有4個開關(guān)，分別用于前進擋D、空擋N、倒車擋R和駐車擋P。駕駛員選擇TCS上的“D”“N”或“R”擋后，PCM 將會自動釋放駐車鎖。來自TCS的信號通過高速（HS）控制器局域網(wǎng)（CAN）電源模式0系統(tǒng)總線發(fā)送至PCM。PCM會將一個PWM信號發(fā)送至駐車鎖執(zhí)行器和前逆變器，以執(zhí)行相應(yīng)的操作。

┃ 圖28 駐車鎖執(zhí)行器

┃ 圖29 駐車鎖執(zhí)行器內(nèi)部操作示意圖

（待續(xù)）