寶馬純電動(dòng)BMW i3 I01高壓蓄電池技術(shù)解析(二)

◆文/吉林 李偉

(接上期)

(2)為了通過(guò)制冷劑進(jìn)行電池冷卻，在電池模塊下方帶有由鋁合金平管構(gòu)成的熱交換器。它與內(nèi)部制冷劑管路連接在一起，因此進(jìn)行冷卻時(shí)有制冷劑流過(guò)。高電壓蓄電池的整個(gè)加熱/冷卻系統(tǒng)和高壓蓄電池冷卻組件如圖13所示。

圖13 高壓蓄電池冷卻組件

2.加熱裝置

在相反的情況下，例如將I01的高壓蓄電池長(zhǎng)時(shí)間停放在0℃以下的戶(hù)外時(shí)，應(yīng)在行駛前使電池加熱至最佳溫度水平，這樣從開(kāi)始行駛時(shí)蓄電池就會(huì)提供其最大功率。通過(guò)充電電纜將車(chē)輛與電網(wǎng)連接并選擇了車(chē)輛溫度調(diào)節(jié)功能時(shí)，客戶(hù)可執(zhí)行上述方案。對(duì)電池進(jìn)行加熱時(shí)會(huì)啟用高電壓系統(tǒng)并使電流經(jīng)過(guò)加熱絲網(wǎng)，該網(wǎng)沿冷卻通道布置(圖14)。由于冷卻通道與電池模塊接觸，因此加熱線(xiàn)圈內(nèi)產(chǎn)生的熱量會(huì)傳至電池模塊和電池。

圖14 高電壓蓄電池單元的加熱組件

3.熱交換器

在高電壓蓄電池單元內(nèi)部，制冷劑在管路和鋁合金冷卻通道內(nèi)流動(dòng)。通過(guò)入口管路流入的制冷劑直接在高電壓蓄電池單元接口處分入兩個(gè)供給管路，之后再次分別進(jìn)入兩個(gè)冷卻通道并在冷卻通道內(nèi)吸收電池模塊的熱量。在冷卻通道末端制冷劑被輸送至相鄰冷卻通道內(nèi)，由此回流并繼續(xù)吸收電池模塊的熱量，如圖15所示。最后帶有蒸發(fā)制冷劑的四個(gè)管路段重新匯集到一起，一個(gè)共同的回流管路通到抽吸管路接口處。在其中一個(gè)供給管路上還有一個(gè)溫度傳感器，傳感器信號(hào)用于控制和監(jiān)控冷卻。該信號(hào)直接由SME控制單元讀取。

為了確保冷卻通道完成排出電池模塊熱量的任務(wù)，必須以均勻發(fā)布的作用力將冷卻通道整個(gè)面積壓到電池模塊上。該壓緊力通過(guò)嵌有冷卻通道的彈簧條產(chǎn)生。彈簧支撐在高電壓蓄電池單元?dú)んw上，從而將冷卻通道壓到電池模塊上。

圖15 制冷劑吸收電池模塊熱量示意圖

五、高電壓蓄電池單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

為了滿(mǎn)足高壓蓄電池的設(shè)計(jì)使用壽命和功率的最大化，在使用時(shí)必須有嚴(yán)格的保護(hù)措施：使蓄電池運(yùn)行在最佳的溫度范圍內(nèi)(加熱/冷卻或限制電流)；均衡所有電池的充電狀態(tài)；在特定的范圍內(nèi)可用完蓄電池的儲(chǔ)存能量。

為此設(shè)計(jì)了ⅢKA/IHKR高壓蓄電池控制單元，如圖16所示。除8個(gè)電池模塊的電池本身外,還包括蓄能器管理控制單元、電池監(jiān)控電子裝置CSC、接觸器、傳感器、熔斷絲的安全盒和可選裝的電器加熱控制裝置。

圖16 高電壓蓄電池單元系統(tǒng)電路圖

從圖16中可以看出，除匯集在8個(gè)電池模塊內(nèi)的電池本身外，I01 的高電壓蓄電池單元還包括以下電氣/電子部件：蓄能器管理電子裝置SME控制單元、8個(gè)電池監(jiān)控電子裝置(電池監(jiān)控電路 CSC)，帶接觸器、傳感器和過(guò)電流保險(xiǎn)絲的安全盒、電氣加熱裝置控制裝置(選裝)。

1.蓄能器管理電子裝置 SME

在高壓蓄電池單元中，蓄能管理裝置SME是電池的核心控制管理模塊。

(1)SME 控制單元需執(zhí)行的任務(wù)如下。

①由電機(jī)電子裝置EME根據(jù)要求控制高電壓系統(tǒng)的啟動(dòng)和關(guān)閉；

②分析有關(guān)所有電池的電壓和溫度以及高電壓電路內(nèi)電流強(qiáng)度的測(cè)量信號(hào)；

③控制高電壓蓄電池單元冷卻系統(tǒng)；

④確定高電壓蓄電池的充電狀態(tài)(SoC)和老化狀態(tài)(SoH)；

⑤確定高電壓蓄電池的可用功率并根據(jù)需要對(duì)電機(jī)電子裝置提出限制請(qǐng)求；

⑥安全功能(例如電壓和溫度監(jiān)控、高電壓觸點(diǎn)監(jiān)控，絕緣監(jiān)控)；

⑦識(shí)別出故障狀態(tài)，存儲(chǔ)故障代碼存儲(chǔ)器記錄并向電機(jī)電子裝置發(fā)送故障狀態(tài)。

(2)在SME控制單元的故障代碼存儲(chǔ)器內(nèi)不僅可存儲(chǔ)控制單元故障，而且還可查閱高電壓蓄電池單元內(nèi)其他組件的故障記錄。這些故障代碼存儲(chǔ)器記錄根據(jù)嚴(yán)重程度和尚可提供的功能分為不同類(lèi)型。

①立即關(guān)閉高電壓系統(tǒng)。

因出現(xiàn)故障影響高電壓系統(tǒng)安全或產(chǎn)生高電壓蓄電池?fù)p壞危險(xiǎn)時(shí)，就會(huì)立即關(guān)閉高電壓系統(tǒng)并斷開(kāi)電動(dòng)機(jī)械式接觸器觸點(diǎn)。之后駕駛員可讓車(chē)輛滑行并停在路面上。通過(guò)12V車(chē)載網(wǎng)絡(luò)提供能量確保轉(zhuǎn)向助力、制動(dòng)助力和DSC調(diào)節(jié)。

②限制功率。

高電壓蓄電池?zé)o法繼續(xù)提供最大功率或全部能量時(shí)，為了保護(hù)組件會(huì)限制驅(qū)動(dòng)功率和可達(dá)里程。此時(shí)駕駛員可在驅(qū)動(dòng)功率明顯降低的情況下繼續(xù)行駛較短距離，在最好的情況下可行駛至最近的BMW維修站點(diǎn)，或?qū)④?chē)輛停放在所選地點(diǎn)。

③對(duì)客戶(hù)沒(méi)有直接影響的故障。

例如SME控制單元或CSC控制單元之間的通信短時(shí)受到干擾時(shí)，不表示功能受限或危及高電壓系統(tǒng)安全。因此只會(huì)產(chǎn)生一個(gè)故障代碼存儲(chǔ)器記錄，必須由BMW維修站點(diǎn)通過(guò)診斷系統(tǒng)對(duì)該記錄進(jìn)行分析。但客戶(hù)不會(huì)看到檢查控制信息或感到功能受限。從高電壓蓄電池單元外部無(wú)法接觸到SME控制單元。為在出現(xiàn)故障時(shí)更換 SME 控制單元，必須事先打開(kāi)高電壓蓄電池單元。

SME控制單元的電氣接口是：SME控制單元12V供電(車(chē)內(nèi)配電盒的總線(xiàn)端30F和總線(xiàn)端 31)、接觸器 12V供電(總線(xiàn)端30碰撞信號(hào))、PT.CAN2、局域CAN1和2、車(chē)身域控制器BDC喚醒導(dǎo)線(xiàn)、高電壓觸點(diǎn)監(jiān)控輸入端和輸出端、制冷劑循環(huán)回路內(nèi)的截止和膨脹組合閥控制導(dǎo)線(xiàn)、制冷劑溫度傳感器。

由一個(gè)專(zhuān)用的12V導(dǎo)線(xiàn)為高電壓蓄電池單元內(nèi)的接觸器供電。該導(dǎo)線(xiàn)稱(chēng)為總線(xiàn)端30碰撞信號(hào)，簡(jiǎn)稱(chēng)為總線(xiàn)端30C?？偩€(xiàn)端名稱(chēng)中的C表示發(fā)生事故(碰撞)時(shí)關(guān)閉該12V電壓。該導(dǎo)線(xiàn)是安全型蓄電池接線(xiàn)柱的一個(gè)(第二個(gè))輸出端。即觸發(fā)安全型蓄電池接線(xiàn)柱時(shí)也會(huì)斷開(kāi)該供電導(dǎo)線(xiàn)。此外該導(dǎo)線(xiàn)穿過(guò)高電壓安全插頭，因此關(guān)閉高電壓系統(tǒng)供電時(shí)也會(huì)關(guān)閉接觸器供電。因此在上述兩種情況下，高電壓蓄電池單元內(nèi)的兩個(gè)接觸器會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)。

局域CAN 1使SME控制單元與電池監(jiān)控電子裝置CSC相互連接(另見(jiàn)下章)。局域CAN 2用于實(shí)現(xiàn)SME控制單元與S盒之間的通信。通過(guò)該總線(xiàn)可傳輸測(cè)量的電流強(qiáng)度等信息。車(chē)輛帶有選裝配置 SA494駕駛員和前乘客座椅加熱裝置時(shí)，還通過(guò)局域 CAN2 傳輸高電壓蓄電池加熱裝置控制指令。