智能新能源汽車應(yīng)急救援指南(上)

◆文/北京 馮永忠

2021年我國新能源汽車銷量達到352萬輛，同比增長1.6倍，增速達到了2016年以來的最高水平，銷售量前10的汽車制造廠商有比亞迪汽車、上汽通用五菱等9家中國品牌。新能源汽車包括純電動汽車、插電式混合動力汽車和燃料電池電動汽車，新能源汽車普遍配置了多個智能系統(tǒng)，而且由于配置了動力電池等高電壓元件，新能源汽車在道路上發(fā)生碰撞、火災(zāi)或水淹時，應(yīng)急救援人員首先要斷開高電壓系統(tǒng)。寶馬iX3純電動汽車如圖1所示。

一、電壓等級

依據(jù)國家標準GB18384-2020，根據(jù)新能源汽車整車的最大工作電壓，將電氣元件或電路分為以下兩個等級，見表1。

對于48V電氣系統(tǒng),只要可以保證直流系統(tǒng)不超過60V(d.c)，其交流電機之外的部分就可以不被認定為B級電壓電路，不需要滿足相關(guān)的觸電防護要求。

北汽新能源EU系列電機控制器工作電壓范圍240～420V，永磁同步電機額定功率50～90kW，比亞迪e6動力電池的輸出電壓316.8V，永磁同步電機額定功率75～120kW。

奧迪Q7 e-tron、Q5L TFSIe、A6L TFSIe、A7 TFSIe、A8L TFSIe插電式混合動力汽車的電壓300～450V，電機額定功率60～120kW，純電續(xù)航里程約50km。奧迪Q2L e-tron、奧迪e-tron、e-tron sportback、e-tron GT純電動汽車的電壓300～900V，電機額定功率大于150kW，純電續(xù)航里程大于200km。

豐田MIRAI燃料電池電動汽車采用與混合動力汽車相同的電機驅(qū)動方法，使用200～650V高電壓驅(qū)動電機，該車電機由氫燃料與空氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電力驅(qū)動。

二、新能源汽車的識別

根據(jù)車外、車內(nèi)、前機艙、充電口蓋以及前后標徽等車輛特征，可以識別各種新能源汽車?？梢酝ㄟ^車外的英文單詞EQC、e-tron或技術(shù)標記中的字母EV等來識別，如圖2～圖4所示。

通過車內(nèi)的組合儀表、儀表板右側(cè)以及門檻飾條上字樣，前機艙設(shè)計蓋上的字母和橙色高壓電纜以及是否配置充電口，可以識別純電動汽車、插電式混合動力汽車或燃料電池汽車，插電式混合動力汽車和純電動汽車都配備充電口。充電口可能位于車輛前部、左前或右前翼子板上或車輛后側(cè)。如圖5～圖7所示。

還可以通過汽車車牌識別新能源汽車，新能源汽車號牌分為小型新能源汽車號牌和大型新能源汽車號牌。新能源汽車號牌的外廓尺寸為480mm×140mm，其中小型新能源汽車號牌為漸變綠色，如圖8所示。大型新能源汽車號牌為黃綠雙拼色，如圖9所示。

三、高電壓系統(tǒng)

在車輛技術(shù)中，直流大于60V或交流有效值大于30V的電壓范圍稱為高電壓。動力電池、驅(qū)動電機、高壓配電和控制單元、直流-直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器、高壓電纜與接頭、充電口以及電動空調(diào)壓縮機和加熱器等輔助單元是高電壓系統(tǒng)元件。寶馬i3的高電壓系統(tǒng)示意圖如圖10所示。

四、安全警告標簽

除高壓電纜外，所有高電壓元件都標有明確的警告標簽?；揪鏄撕烆愋腿缦滤尽Ц唠妷壕鏄撕炄鐖D11所示，表示切勿觸碰高壓元件，有危險。高壓元件警告標簽如圖12所示，表示高壓元件有危險，不能拆卸蓋子。動力電池標簽如圖13所示，體現(xiàn)動力電池的基本信息。

五、高電壓元件的位置

專業(yè)的應(yīng)急救援人員應(yīng)熟悉新能源汽車的高電壓元件位置。特斯拉Model Y的高電壓元件位置如圖14所示。

奧迪e-tron純電動汽車配置動力電池、動力電池控制盒、前驅(qū)動電機、后驅(qū)動電機、充電口1、充電口2、高壓充電器1、高壓充電器2、電動空調(diào)壓縮機、高壓加熱器1、高壓加熱器2、變壓器、充電網(wǎng)配電器等高電壓元件，高電壓元件位置圖如圖15所示。

1.動力電池

新能源汽車使用的高壓動力電池多數(shù)是鋰離子蓄電池。動力電池安裝在車輛穩(wěn)定的外殼中，位于大多數(shù)碰撞情況下變形較小的區(qū)域。純電動汽車的動力電池通常安裝在車輛下方的中央，作為支承車身的部件。

在新能源汽車中，動力電池由串聯(lián)連接的單體電池組成，這些單體電池相互連接形成模塊。幾個模塊與外圍設(shè)備一起安裝在金屬外殼中。等電位線將動力電池外殼與車身連接。

動力電池在運行過程中被冷卻?？梢允褂每諝饣蛞后w進行冷卻，并且還具有補償單體電池之間溫差的任務(wù)。動力電池控制盒集成在動力電池中，或者直接位于動力電池上方。動力電池通過控制盒與高壓系統(tǒng)相連。車輛發(fā)生碰撞時，在安全帶預(yù)緊器或安全氣囊展開的情況下，動力電池控制盒立即自動將高壓系統(tǒng)與電源斷開。

北汽新能源EV系列動力電池總成如圖16所示，奧迪e-tron純電動汽車帶控制盒的動力電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖17所示。

2.電力電子裝置

電力電子裝置是驅(qū)動電機的控制單元，其任務(wù)是為驅(qū)動電機提供必要的三相電流。例如北汽EU系列的PEU控制裝置的上端結(jié)構(gòu)包括電機控制器、車載充電機、 直流-直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器、車載加熱器(PTC)控制器、快充繼電器、熔斷器、互鎖電路等，如圖18所示。在奧迪e-tron純電動汽車中，電力電子裝置直接安裝在驅(qū)動電機上，并通過三相供電連接。在電力電子裝置內(nèi)部，動力電池提供的直流電轉(zhuǎn)化為三相交流電。奧迪e-tron的電力電子裝置如圖19所示。

3.驅(qū)動電機

在插電式混合動力汽車中，驅(qū)動電機位于發(fā)動機和變速器之間，為驅(qū)動車輛提供額外的動力。驅(qū)動電機的運行狀態(tài)由發(fā)動機控制單元和電力電子系統(tǒng)控制，以管理動力驅(qū)動的效率。如果電機控制單元檢測到驅(qū)動電機的功率足以驅(qū)動車輛，則關(guān)閉發(fā)動機。對于純電動汽車而言，由驅(qū)動電機執(zhí)行完整的驅(qū)動和能量回收。奧迪Q7 e-tron的驅(qū)動電機如圖20所示。比亞迪e6純電動汽車的驅(qū)動電機如圖21所示。

4.電動空調(diào)壓縮機

電動空調(diào)壓縮機集成在高電壓系統(tǒng)中。高壓電纜將其連接到純電動汽車的高電壓系統(tǒng)。寶馬i3的暖風和空調(diào)系統(tǒng)主要滿足兩方面的需求，首先要滿足乘客艙內(nèi)舒適的溫度，為了延長高電壓蓄電池的使用生命周期，高電壓蓄電池溫度高時，需要進行冷卻。

電動空調(diào)壓縮機由三相同步電機、電動空調(diào)壓縮機控制單元、交流逆變器、空調(diào)壓縮機等元件組成，如圖22所示。

5.高壓加熱器

高電壓系統(tǒng)中的另一個輔助裝置是高壓加熱器。大眾ID.4高電壓加熱器的額定電壓為150～475V，激活0～100%，最大功率輸入6kW，輸入最大電流21A，質(zhì)量1.9kg，交流/直流絕緣大于10MΩ，通信LIN總線，如圖23所示。

高壓加熱器安裝在ID.4的空調(diào)箱內(nèi)，加熱車內(nèi)空氣，并通過脈寬調(diào)制(PWM)實現(xiàn)無級變化。高壓加熱器帶高電壓加熱器(PTC)控制裝置，由暖風和空調(diào)控制電腦通過LIN總線進行控制和監(jiān)控。

6.動力電池充電器

動力電池充電器通常安裝在靠近充電口的前部或后部。純電動汽車也可以有多個充電器，因此就有多個充電口。充電電流通過線圈感應(yīng)傳輸?shù)礁邏合到y(tǒng)。這意味著車載交流網(wǎng)絡(luò)和車輛中的高壓系統(tǒng)之間沒有導(dǎo)電連接。奔馳新能源汽車的動力電池充電器如圖24所示。

7.電壓轉(zhuǎn)換器

電壓轉(zhuǎn)換器將動力電池的直流電壓轉(zhuǎn)換為車載電氣系統(tǒng)的12V直流電壓。傳輸通過線圈感應(yīng)進行。這意味著高電壓系統(tǒng)與12V汽車電氣系統(tǒng)之間沒有導(dǎo)電連接。車輛長時間靜止不動時，如果動力電池的電能充足，則12V蓄電池會由動力電池充電。此充電過程會自動開始，高電壓系統(tǒng)處于激活狀態(tài)，高電壓元件帶電。大眾ID.4純電動汽車的電壓轉(zhuǎn)換器如圖25所示。

(未完待續(xù))