2020款廣汽豐田C-HR EV車(chē)高壓電系統(tǒng)解析（一）

常州交通技師學(xué)院 蔣 誠(chéng)

2020年4月22日，廣汽豐田正式推出旗下純電動(dòng)車(chē)型——C-HR EV，本文主要介紹該車(chē)高壓電系統(tǒng)的組成及工作原理。

1 高壓電系統(tǒng)的組成

如圖1、圖2所示，2020款廣汽豐田C-HR EV車(chē)高壓電系統(tǒng)主要由動(dòng)力蓄電池總成、帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成、帶電機(jī)的EV傳動(dòng)橋總成、電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)總成、電動(dòng)加熱器分總成、充電接口及高壓線(xiàn)束等部件組成。

圖1 高壓電系統(tǒng)組成

圖2 高壓部件的安裝位置

1.1 動(dòng)力蓄電池總成

如圖3所示，動(dòng)力蓄電池總成主要包括動(dòng)力蓄電池、1號(hào)動(dòng)力蓄電池接線(xiàn)盒、2號(hào)動(dòng)力蓄電池接線(xiàn)盒、蓄電池加熱器、衛(wèi)星蓄電池模塊（SBM）、動(dòng)力蓄電池ECU、動(dòng)力蓄電池冷卻鼓風(fēng)機(jī)總成、后蒸發(fā)器分總成及維修塞把手等。

圖3 動(dòng)力蓄電池總成的組成

1.1.1 動(dòng)力蓄電池

動(dòng)力蓄電池的額定電壓為355.2 V，容量為153 Ah，共有288個(gè)鋰離子蓄電池單格（圖4）。動(dòng)力蓄電池由11個(gè)蓄電池組（圖5）串聯(lián)組成，每個(gè)蓄電池組均由多個(gè)鋰離子蓄電池單格組成，其中每3個(gè)鋰離子蓄電池單格并聯(lián)形成1個(gè)蓄電池單元（圖6），然后多個(gè)蓄電池單元串聯(lián)形成蓄電池組。

圖4 鋰離子蓄電池單格

圖5 11個(gè)蓄電池組

圖6 蓄電池組的內(nèi)部電氣連接

鋰離子蓄電池單格的額定電壓為3.7 V，由3個(gè)鋰離子蓄電池單格并聯(lián)形成的蓄電池單元的電壓仍為3.7 V，串聯(lián)的蓄電池單元越多，蓄電池組的電壓越高。蓄電池組1~蓄電池組8為下部蓄電池組，每組均由27個(gè)鋰離子蓄電池單格組成，即由9個(gè)（27個(gè)÷3=9個(gè)）蓄電池單元串聯(lián)組成，每個(gè)蓄電池組的額定電壓為33.3 V（3.7 V×9=33.3 V）；蓄電池組9~蓄電池組11為上部蓄電池組，每組均由24個(gè)鋰離子蓄電池單格組成，即由8個(gè)（24個(gè)÷3=8個(gè)）蓄電池單元串聯(lián)組成，每個(gè)蓄電池組的額定電壓為29.6 V（3.7 V×8=29.6 V），因此動(dòng)力蓄電池的額定電壓為355.2 V（33.3 V×8+29.6 V×3=355.2 V）。

1.1.2 動(dòng)力蓄電池接線(xiàn)盒

如圖7和圖8所示，1號(hào)動(dòng)力蓄電池接線(xiàn)盒包括2個(gè)系統(tǒng)主繼電器（SMRB、SMRG）、2個(gè)直流充電繼電器（DCRB、DCRG）和動(dòng)力蓄電池電流傳感器；2號(hào)動(dòng)力蓄電池接線(xiàn)盒包括1個(gè)系統(tǒng)主繼電器（SMRP）、3個(gè)交流充電繼電器（CHRB、CHRG、CHRP）和預(yù)充電電阻器。

圖7 動(dòng)力蓄電池接線(xiàn)盒的內(nèi)部電氣連接

圖8 動(dòng)力蓄電池接線(xiàn)盒的組成

（1）系統(tǒng)主繼電器（SMRB、SMRG、SMRP）由EV控制ECU控制，負(fù)責(zé)連接和斷開(kāi)動(dòng)力蓄電池與主要高壓部件（帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成、帶電機(jī)的EV傳動(dòng)橋總成、帶電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)總成、電動(dòng)加熱器分總成）之間的高壓電路，其中SMRB用于控制動(dòng)力蓄電池正極，SMRG用于控制動(dòng)力蓄電池負(fù)極，SMRP則用于控制預(yù)充電。

（2）直流充電繼電器（DCRB、DCRG）由直流充電控制ECU控制，負(fù)責(zé)連接和斷開(kāi)動(dòng)力蓄電池與直流充電接口之間的高壓電路。

（3）交流充電繼電器（CHRB、CHRG、CHRP）由動(dòng)力蓄電池ECU控制，負(fù)責(zé)連接和斷開(kāi)動(dòng)力蓄電池與交流充電器之間的高壓電路。

（4）動(dòng)力蓄電池電流傳感器安裝在動(dòng)力蓄電池負(fù)極側(cè)，用于檢測(cè)動(dòng)力蓄電池的充電和放電電流。

1.1.3 動(dòng)力蓄電池加熱器

動(dòng)力蓄電池加熱器線(xiàn)束縫制在無(wú)紡布內(nèi)，并采用聚氨酯海綿材料將其壓在蓄電池組在，這提升了蓄電池組的加熱性能。加熱蓄電池組時(shí)，各加熱器利用不同線(xiàn)束模式向各鋰離子蓄電池單格均勻分配熱量。

如圖9、圖10所示，動(dòng)力蓄電池ECU通過(guò)2個(gè)動(dòng)力蓄電池加熱繼電器控制動(dòng)力蓄電池加熱器，1號(hào)動(dòng)力蓄電池加熱繼電器負(fù)責(zé)控制1號(hào)和2號(hào)動(dòng)力蓄電池加熱器，2號(hào)動(dòng)力蓄電池加熱繼電器負(fù)責(zé)控制3號(hào)動(dòng)力蓄電池加熱器。

圖9 動(dòng)力蓄電池加熱器電路

圖10 動(dòng)力蓄電池加熱器及繼電器的安裝位置

1.1.4 溫度傳感器每個(gè)蓄電池組內(nèi)置了3個(gè)蓄電池溫度傳感器，11個(gè)蓄電池組共有33個(gè)蓄電池溫度傳感器。衛(wèi)星蓄電池模塊負(fù)責(zé)采集這些蓄電池溫度傳感器信號(hào)，然后發(fā)送至動(dòng)力蓄電池ECU。另外，動(dòng)力蓄電池總成中還安裝有2個(gè)進(jìn)氣溫度傳感器、6個(gè)蓄電池排氣溫度傳感器及3個(gè)制冷劑溫度傳感器。這些溫度傳感器均為熱敏電阻，溫度越低，電阻越大；溫度越高，電阻越小。動(dòng)力蓄電池ECU根據(jù)這些溫度信號(hào)控制動(dòng)力蓄電池加熱器、動(dòng)力蓄電池冷卻鼓風(fēng)機(jī)總成及冷卻器電磁閥總成等，使動(dòng)力蓄電池溫度保持在最佳水平。

1.1.5 動(dòng)力蓄電池冷卻鼓風(fēng)機(jī)總成和后蒸發(fā)器分總成該車(chē)采用與空調(diào)冷卻系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的制冷劑空氣冷卻系統(tǒng)來(lái)冷卻動(dòng)力蓄電池。如圖11所示，動(dòng)力蓄電池冷卻鼓風(fēng)機(jī)總成負(fù)責(zé)將空氣輸送至后蒸發(fā)器分總成，后蒸發(fā)器分總成負(fù)責(zé)將空氣降溫。

圖11 動(dòng)力蓄電池冷卻鼓風(fēng)機(jī)總成和后蒸發(fā)器分總成

1.1.6 衛(wèi)星蓄電池模塊和動(dòng)力蓄電池ECU

衛(wèi)星蓄電池模塊和動(dòng)力蓄電池ECU的安裝位置如圖12所示。

圖12 衛(wèi)星蓄電池模塊和動(dòng)力蓄電池ECU的安裝位置

如圖13所示，衛(wèi)星蓄電池模塊內(nèi)部集成有蓄電池電壓傳感器，用于檢測(cè)各蓄電池單元（由288個(gè)鋰離子蓄電池單格組成96個(gè)蓄電池單元）的電壓，即鋰離子蓄電池單格的電壓，同時(shí)采集各蓄電池組中的蓄電池溫度傳感器信號(hào)，然后將這些信息發(fā)送至動(dòng)力蓄電池ECU，同時(shí)，衛(wèi)星蓄電池模塊根據(jù)來(lái)自動(dòng)力蓄電池ECU的信號(hào)平衡各鋰離子蓄電池單格的電壓。

圖13 衛(wèi)星蓄電池模塊電路（部分）

動(dòng)力蓄電池ECU的主要功能如下。

（1）負(fù)責(zé)監(jiān)視動(dòng)力蓄電池的狀態(tài)（電壓、電流和溫度），并根據(jù)動(dòng)力蓄電池電流傳感器檢測(cè)的充電和放電的電流計(jì)算動(dòng)力蓄電池SOC（剩余電量），然后將該信息傳輸至EV控制ECU。

（2）控制動(dòng)力蓄電池加熱器、動(dòng)力蓄電池冷卻鼓風(fēng)機(jī)總成及冷卻器電磁閥總成等。

（3）動(dòng)力蓄電池ECU內(nèi)設(shè)有漏電檢測(cè)電路，以檢測(cè)動(dòng)力蓄電池或高壓電路內(nèi)是否漏電。

1.1.7 維修塞把手

如圖14所示，維修塞把手連接在動(dòng)力蓄電池電路中，用于手動(dòng)切斷高壓電路，這樣可確保維修過(guò)程中的安全性。同時(shí)，維修塞把手上安裝有互鎖開(kāi)關(guān)，當(dāng)維修塞把手解鎖時(shí)，互鎖開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，EV控制ECU切斷系統(tǒng)主繼電器，從而切斷高壓供電。拆卸維修修塞把手的步驟如圖15所示。注意：應(yīng)在電源開(kāi)關(guān)處于OFF位時(shí)拆下維修塞把手，且切斷高壓電路后，帶轉(zhuǎn)換器的逆變器總成內(nèi)的高壓電容器仍然存在電荷，因此在拆下維修塞把手后，至少等待10 min，以使高壓電容器放電，才能開(kāi)始維修工作。

圖14 維修塞把手安裝位置及結(jié)構(gòu)

圖15 拆卸維修修塞把手的步驟