寶馬X1 PHEV高電壓組件的電機電子裝置(下)

◆文/山東 劉春暉

(接上期)

三、DC/DC轉(zhuǎn)換器

電機電子裝置中的DC/DC轉(zhuǎn)換器操作模式包括：備用(組件故障、短路、電力電子裝置閉合)、降壓模式(能量傳送至低壓側(cè)，轉(zhuǎn)換器調(diào)整低壓側(cè)的電壓)、高壓鏈路電容器放電(聯(lián)鎖故障，事故，控制要求)。DC/DC轉(zhuǎn)換器的操作原理如圖11所示。

電機電子裝置未投入運行時，DC/DC轉(zhuǎn)換器處于“備用”模式。當未向EME控制單元供給指定電壓時會出現(xiàn)這種狀況，比如：終端狀態(tài)。但是如果存在故障，EME控制單元會促使DC/DC轉(zhuǎn)換器進行“備用”模式。在這種操作模式中，兩個汽車電氣系統(tǒng)之間不存在能量傳輸，電流相互獨立。

當高壓系統(tǒng)處于啟用狀態(tài)時，降壓模式是一種正常的操作模式。DC/DC轉(zhuǎn)換器將高壓電氣系統(tǒng)的電能傳送至12V汽車電氣系統(tǒng)，并在常規(guī)汽車中承擔發(fā)電機的功能。DC/DC轉(zhuǎn)換器必須降低高壓電氣系統(tǒng)至汽車低壓電氣系統(tǒng)的電壓變化。汽車高壓電氣系統(tǒng)中的電壓(比如)取決于高壓蓄電池單元的充電狀態(tài)(220~300V左右)。

汽車低壓電氣系統(tǒng)中的電壓可以控制DC/DC轉(zhuǎn)換器，確保12V蓄電池處于最佳充電狀態(tài)，并根據(jù)充電狀態(tài)及蓄電池的溫度將電壓設(shè)定在14V左右。DC/DC轉(zhuǎn)換器的持續(xù)輸出功率為2400W。

DC/DC轉(zhuǎn)換器技術(shù)還可以啟用“eBOOST”操作模式，高壓系統(tǒng)關(guān)停(常規(guī)關(guān)?；蚩焖訇P(guān)停)過程中，DC/DC轉(zhuǎn)換器保留最后一種操作模式。為了對高壓系統(tǒng)進行關(guān)停，系統(tǒng)必須在5s內(nèi)放電至低于60V的安全電壓。如圖12所示，DC/DC轉(zhuǎn)換器為鏈路電容器配置了一個放電電路。首先，放電電路嘗試將鏈路電容器中存儲的能量輸送至汽車低壓系統(tǒng)。如果該項動作未能引發(fā)電壓的快速降低，則通過啟用的電容器實施放電。高壓電氣系統(tǒng)通過這種方式在5s內(nèi)放電。從安全角度考慮，還配置了一種被動放電電容器(平行開關(guān))。在前兩種方式出現(xiàn)故障無法工作時，通過這種方式可以確保高壓電氣系統(tǒng)的放電。將電壓放電至低于60V的周期較長，最長時間為120s。

DC/DC轉(zhuǎn)換器的溫度通過溫度傳感器測量，并通過EME控制單元進行監(jiān)控。如果溫度超過許可范圍，即便采用而冷卻液進行冷卻，EME控制單元仍將降低DC/DC轉(zhuǎn)換器的功率，以便保護組件。

四、啟用電機的電力電子裝置

啟用電機的電力電子裝置主要采用DC/AC轉(zhuǎn)換器制作而成。這是一種帶有雙銷DC電壓接口和3相AC電壓接口的脈沖轉(zhuǎn)換器。在其作為電動機工作時，這種DC/AC轉(zhuǎn)換器可以作為換流器工作，并且可以將高壓蓄電池單元的能量傳導(dǎo)至電機。

但是，DC/AC轉(zhuǎn)換器也可以作為一種整流器，并將電機的電能傳導(dǎo)至高壓蓄電池單元。這種動作在制動能再生過程中執(zhí)行，在此過程中，電機作為發(fā)電機并且可以產(chǎn)生電能。

如圖13所示，DC/AC轉(zhuǎn)換器的操作模式通過EME控制單元界定。EME控制單元還接收DME控制單元發(fā)出的設(shè)定值(主要輸入變量)，電機應(yīng)為DME控制單元提供扭矩(數(shù)量和信號)。通過這個設(shè)定值以及電機的當前操作狀態(tài)(發(fā)動機轉(zhuǎn)速和扭矩)，EME控制單元可以判定DC/AC轉(zhuǎn)換器的操作模式以及電機相位電壓的振幅和頻率。根據(jù)此類規(guī)范，DC/AC轉(zhuǎn)換器的功率半導(dǎo)體元件被同步啟用。

除DC/AC轉(zhuǎn)換器外，電力電子裝置還含有電流傳感器，電流傳感器位于DC/AC轉(zhuǎn)換器AC電壓側(cè)的三個相位內(nèi)。通過電流傳感器發(fā)出的信號，EME控制單元對應(yīng)用于電力電子裝置及電機的電動功率以及電機所產(chǎn)生的扭矩進行監(jiān)控。電機電子裝置的控制回路通過到電機內(nèi)電流傳感器和轉(zhuǎn)子位置傳感器的信號關(guān)閉。

電機電子裝置和電機的性能數(shù)據(jù)相互協(xié)調(diào)。為了避免電力電子裝置超負荷，DC/AC轉(zhuǎn)換器中還配備了另外一個溫度傳感器。如果通過這種信號發(fā)現(xiàn)功率半導(dǎo)體元件溫度超高，EME控制單元可以降低輸送至電機的功率，以便保護電力電子裝置。

五、高壓電力管理

高壓電氣系統(tǒng)的功率管理包括兩個子功能：一個用于驅(qū)動模式，一個用于充電模式。

在駕駛模式條件下，高壓蓄電池單元產(chǎn)生的能量傳送至高壓用電裝置，能量在能量回收過程中協(xié)同輸送至高壓蓄電池單元。EME執(zhí)行下述動作，并且一直重復(fù)：

(1)查詢高壓蓄電池單元是否有可用功率(信號源：SME)；

(2)查詢高壓蓄電池單元可以使用何種功率(信號源：SME)；

(3)查詢所需電力驅(qū)動裝置所需的驅(qū)動或制動功功率(信號源：DME)；

(4)查詢空調(diào)所需的功率(電氣加熱裝置、EKK、IHKA)；

(5)判定發(fā)送至用電裝置控制單元的電動功率和通信。

在充電模式條件下，高壓電力管理需要執(zhí)行另一項任務(wù)：它通過EME可以控制從汽車外部傳導(dǎo)至高壓蓄電池單元的能量，如有必要，它還可以通過便捷充電電子裝置控制傳導(dǎo)至電氣加熱裝置或電動空調(diào)壓縮機的能量。EME一直重復(fù)下述各項步驟：

(1)查詢外部是否有可用功率(信號源：KLE)；

(2)查詢高壓蓄電池單元可以使用何種功率(SME)；

(3)查詢空調(diào)所需的功率(IHKA)；

(4)要求來自EME的必要功率；

(5)可用局部功率與接收器、高壓蓄電池單元(SME控制單元)、加熱和空調(diào)系統(tǒng)的溝通(IHKA控制單元)。

外部可用功率無法處于較高等級，它受到功率網(wǎng)絡(luò)和EME的限制。因此，在其可以進行分配前必須查詢可用功率。根據(jù)其充電狀態(tài)，比如：高壓蓄電池單元無法吸收任意數(shù)量的功率，這就是為何必須首先對該數(shù)值進行查詢的原因。根據(jù)高壓蓄電池單元的溫度，或駕駛員發(fā)出的加熱或空調(diào)要求，加熱及空調(diào)系統(tǒng)同樣需要提供電動功率。該數(shù)值時高壓電力管理在充電模式下第三重要的輸入信號。通過該信息對所需功率進行控制并配送至用電裝置。

六、其他高壓用電裝置的供電

電機電子裝置不僅為電機提供電壓。便捷充電裝置與電機電子裝置直接相連，并保障以高壓的形式為電動空調(diào)壓縮機及電氣加熱裝置提供電壓。

但是，便捷充電電子裝置在該項操作中不存在復(fù)雜的控制功能。相反，電機電子裝置作為(由高壓蓄電池單元提供)高壓直流電壓的一種簡單分配器。為了避免兩個高壓用電裝置的高壓電纜在短路時出現(xiàn)超載，電機電子裝置中為EKK和電氣加熱裝置分別配備了高壓熔絲。高壓熔絲的標稱電流等級為60A。

高壓熔絲不得單獨更換，因此，通常需要更換整個電機電子裝置(EME)。

七、啟用電動真空泵

電機電子裝置(EME)通過CAN總線接收數(shù)字電動機電子裝置(DME)發(fā)出的制動真空傳感器信號。EME僅提供啟用電動真空泵的硬件。EME控制單元還接收動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)(DSC)控制單元的數(shù)值信息，比如駕駛速度及剎車踏板操作。

制動真空泵主要用于帶有發(fā)動機自動起停功能的常規(guī)驅(qū)動汽車。與此類汽車類似，F(xiàn)49 PHEV的制動伺服裝置殼罩上同樣安裝了制動真空泵。

DME為傳感器提供電壓，傳感器根據(jù)制動伺服裝置中的真空條件返回電壓信號。這種傳感器模擬信號通過DME控制單元轉(zhuǎn)換成實際的制動真空，通過CAN總線輸送至EME。

EME控制單元對制動真空信號進行評估，包括動態(tài)處理特點(比如：駕駛速度)以及剎車踏板動作，并判定電動真空泵是否應(yīng)該打開。此外，功能邏輯參考延后作用，以免電動真空泵持續(xù)打開和關(guān)閉?；蛘?，電動真空泵保持持續(xù)打開狀態(tài)，直至達到規(guī)定的最小制動真空等級。

電機電子裝置包含一個輸出級(半導(dǎo)體繼電器)，電動真空泵的電源通過該裝置可以進行打開和關(guān)閉操作。根據(jù)需要，DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出級可以直接切換至電動真空泵。在該項流程中，最大打開電流為30A。電流等級進行電子限制，以便保護輸出級和線路。電動真空泵未配備功率或發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制裝置-只是簡單的打開和關(guān)閉。

通過制動真空傳感器可以檢測電動真空泵的故障，如果發(fā)現(xiàn)故障，則無法提供真空條件。但是至少具備法律規(guī)定的剎車裝置(剎車踏板作用力增加)。DSC將實現(xiàn)一種液壓制動伺服輔助，即：根據(jù)駕駛員的作用力產(chǎn)生一種液壓增強的壓力。

優(yōu)點：在故障條件下，剎車踏板的作用力同樣較低缺點：剎車踏板響應(yīng)被改動。

八、高壓聯(lián)鎖回路

高壓聯(lián)鎖回路如圖14所示，集成在蓄電池管理電子裝置(SME)內(nèi)用于控制與產(chǎn)生高電壓聯(lián)鎖回路檢測信號的電子裝置。高電壓系統(tǒng)啟動時開始產(chǎn)生檢測信號，高電壓系統(tǒng)關(guān)閉時停止產(chǎn)生檢測信號。

通過蓄電池管理電子裝置產(chǎn)生一個矩形交流信號，并傳送至測試引線。測試引線有一個環(huán)形拓撲(與MOST總線類似)。測試引線的信號在環(huán)內(nèi)的兩個點進行評估：電機電子裝置(EME)及環(huán)形拓撲結(jié)束時的蓄電池管理電子裝置內(nèi)。如果信號超出固定范圍，責電路斷開，或汽車接地被識別為短路，高壓系統(tǒng)立即被關(guān)閉。如果斷開高電壓安全插頭(“售后服務(wù)斷電開關(guān)”)處的高電壓互鎖回路，就會直接斷開接觸器。此外還會關(guān)閉所有高電壓組件。

高壓聯(lián)鎖回路的其他信息見F49 PHEV高壓蓄電池單元的產(chǎn)品信息公告以及混動技術(shù)的原理。

九、電機電子裝置的冷卻

如圖15所示，電機通過低溫冷卻液回路進行冷卻。便捷充電電子裝置(KLE)冷卻液入口處的分支法蘭將對與電機連接的冷卻液電路進行劃分，并在冷卻液出口處引導(dǎo)至位于便捷充電電子裝置中的另一個分支法蘭。

(全文完)