計實

I-PACE是捷豹（Jaguar）的第一款中型高性能SUV純電動車（BEV）。I-PACE由兩個驅(qū)動電機驅(qū)動，一個電機驅(qū)動前軸，一個電機驅(qū)動后軸。這些驅(qū)動電機能夠從靜止?fàn)顟B(tài)提供瞬時扭矩，從0加速到100km/h只需4.5s，從而提供跑車級性能，同時實現(xiàn)排氣管零排放。為了提供眾所期待的所有Jaguar 車輛都具備的公路性能，I-PACE 采用了全套駕駛技術(shù)。這些包括：

◆帶自適應(yīng)動態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)模式

◆制動控制扭矩矢量

◆自適應(yīng)路面響應(yīng)（AdSR）

◆主動式電子空氣懸架

本文在簡單介紹I-PACE電動汽車高壓部件的基礎(chǔ)上，對電力驅(qū)動系統(tǒng)作以詳細(xì)介紹。

一、蓄電池

1.捷豹（Jaguar）I-PACE高壓部件

捷豹（Jaguar）I-PACE高壓部件如圖1所示，包括：

◆高壓（HV）蓄電池

◆蓄電池充電控制模塊（BCCM）

◆高壓接線盒（HVJB）

◆直流/直流（DC/DC轉(zhuǎn)換器）

◆前電力驅(qū)動單元EDU（包括逆變器和電機）

◆后電力驅(qū)動單元EDU（包括逆變器和電機）

◆高壓冷卻液加熱器（HVCH）

┃ 圖1 高壓部件

◆電動空調(diào)壓縮機（EAC）

2.高壓.（HV）蓄電池

高壓（HV）蓄電池如圖2所示。高壓（HV）蓄電池為90kW時，為車輛提供了直流（DC）HV電源。當(dāng)車輛連接至外部充電電源時，HV蓄電池存儲由蓄電池充電控制模塊（BCCM）供應(yīng)的電能；當(dāng)再生制動發(fā)生時，它將存儲來自電動驅(qū)動單元（EDU）的電能。HV蓄電池的重量為602kg，由于HV蓄電池容量和總成的尺寸的原因，它內(nèi)置在車輛底盤下方的車輛結(jié)構(gòu)中。HV蓄電池的外部殼體由鋁制成，形成了一個完全密封的部件。HV蓄電池鋁結(jié)構(gòu)的底側(cè)裝有3mm厚的不銹鋼護板，用于防止磨損和提供碰撞保護。

┃ 圖2 高壓（HV）蓄電池

HV蓄電池包含432個鋰離子單體電池，這些單體電池以12排的形式連接在一起。這就形成了能夠存儲10.8V標(biāo)稱電壓的模塊。一共有36個模塊，每個模塊都可以產(chǎn)生232Ah的電量，從而構(gòu)成了8352Ah的HV蓄電池容量。HV蓄電池模塊通過一系列相連的母線排連接在一起。這些模塊串聯(lián)連接在一起，這就形成了HV蓄電池。HV蓄電池的標(biāo)稱電壓為388.8V。注意：如果單個單體電池發(fā)生故障，則HV蓄電池系統(tǒng)將會關(guān)閉以保護HV系統(tǒng)。

HV蓄電池殼體的外部框架中含有一個冷卻液通道，該通道內(nèi)置于HV蓄電池冷卻回路中，帶有進口和出口，二者的前端板上都配有一個溫度傳感器。這些傳感器用于監(jiān)測和報告HV蓄電池的冷卻狀態(tài)，它們將這些數(shù)值報告給蓄電池電量控制模塊（BECM）。冷卻液流量由一個12V電動泵驅(qū)動，電動泵通過來自BECM的脈寬調(diào)制（PWM）信號進行管理。

HV蓄電池接口如圖3所示，高壓輸出端口如圖4所示，HV蓄電池有三個HV輸出：

┃ 圖3 HV蓄電池接口

┃ 圖4 蓄電池高壓輸出端

◆供應(yīng)至后逆變器的電動驅(qū)動電路電源

◆供應(yīng)至前逆變器的電動驅(qū)動電路電源

◆供應(yīng)至HVJB 的輔助電源

HV蓄電池還有兩個低壓連接：

◆至外部HV蓄電池冷卻液溫度傳感器的連接

◆包括通信網(wǎng)絡(luò)和HVIL的18針低壓連接

HV蓄電池殼體中含有兩個包括防爆片的通風(fēng)口。它們位于后部，如圖5所示。它們設(shè)計為在HV蓄電池殼體內(nèi)出現(xiàn)過壓狀況（比大氣壓力高出約20kPa）時斷裂。這樣可以讓多余的壓力以受控方式從乘客區(qū)域釋放。您可以對其進行目測檢查，如果發(fā)生斷裂，請聯(lián)系經(jīng)銷商技術(shù)支持。蓄電池后部安裝了一個通風(fēng)管，以達到壓力平衡。通風(fēng)管末端安裝了止回閥以確保無水進入。注意：在執(zhí)行揭蓋維修后，可使用HV蓄電池的通風(fēng)管連接對此蓄電池執(zhí)行壓力測試。

┃ 圖5 通風(fēng)管和爆裂通風(fēng)口

3.HV蓄電池荷電狀態(tài)

HV蓄電池的額定容量為90kWh，但是其可用容量實際為84kWh。這是因為我們無法將HV蓄電池完全充電至100%，或者將電壓容量降至0，并且如果蓄電池完全放電，這也會影響到其性能和壽命。這個儲備電壓將會充當(dāng)緩沖器來保護HV蓄電池。這些數(shù)值是在HV蓄電池管理系統(tǒng)中進行設(shè)置的，并且是壽命和性能之間的一種平衡?？蛻艨吹降臄?shù)值以這些數(shù)值的百分比形式顯示的，因此對于駕駛員來說，80%的HV蓄電池電量就顯示為100%，20%則顯示為0。

隨著HV蓄電池接收來自外部電源的電量，其內(nèi)部電阻也會增大。這是因為外部電源會快速地將離子供應(yīng)到HV蓄電池中，最高到約80% 荷電狀態(tài)。這將會導(dǎo)致電解液中“充滿”了離子。蓄電池電量控制模塊（BECM）將通過監(jiān)測內(nèi)部溫度的升高和容量比率的升高來識別該狀況。在將該狀況通知BCCM 后，后者將會關(guān)閉充電率，這就允許離子沉淀下來。在經(jīng)過規(guī)定時間后，BCCM 將會再次開始低充電率充電，以便恢復(fù)HV蓄電池的充電。從80% 升至100%所花的時間會與HV蓄電池達到80%所花的時間一樣長。

HV蓄電池健康狀態(tài)由BECM持續(xù)進行監(jiān)測，利用診斷工具可以顯示該數(shù)據(jù)。HV蓄電池的保修期為8年或160000km，將需要更換蓄電池的數(shù)值規(guī)定為HV蓄電池剩余壽命的70%。

4.單體電池平衡

蓄電池電量控制模塊（BECM）將會每小時對HV蓄電池中的所有單體電池執(zhí)行一次單體電池平衡和溫度檢查。如果系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)某個參數(shù)超出預(yù)定限值，則也會激活單體電池平衡。單體電池平衡會將單個模塊中的所有HV蓄電池單體電池的電壓降至電壓最低的那個單體電池的電壓水平。經(jīng)過多次單體電池平衡操作后，HV蓄電池的荷電狀態(tài)會降低。為了避免荷電狀態(tài)降低，當(dāng)長時間不使用車輛時，建議每30天內(nèi)至少一次通過蓄電池充電控制模塊（BCCM）將車輛連接至一個外部電源。在車輛插接電源并進行充電時，如果系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部溫度處于功能將被削弱的程度，就會激活加熱或冷卻策略。

HV蓄電池內(nèi)有6個單體電池監(jiān)控控制器（CSC）模塊，如圖6所示，這些模塊用于監(jiān)測單個HV蓄電池模塊的荷電狀態(tài)、電壓容量和溫度。每個CSC都有由BECM直接提供的單獨電源和接地，而且還具有與HV蓄電池模塊的直接連接。來自BECM的電源由BECM 打開和關(guān)閉，但是從CSC至HV蓄電池模塊的連接是永久性的。每排單體電池都有兩個連接至CSC的電氣連接，允許控制各排單體電池以實現(xiàn)平衡目的。平衡功能是通過利用CSC 中的一系列電阻器實現(xiàn)的，在工作時，這些電阻器會吸收電壓并產(chǎn)生熱量。該項監(jiān)測也能夠識別出在溫度為0時是否有任何單體電池的電壓超過4.2V或低于2V，如果發(fā)生這種情況，BECM將會請求主接觸器打開，這是為了防止HV蓄電池?fù)p壞。CSC模塊通過HS CAN電源模式0網(wǎng)絡(luò)連接在一起。

每排單體電池還有兩個溫度傳感器，這些傳感器用于監(jiān)測模塊的內(nèi)部環(huán)境。如果發(fā)現(xiàn)任何單體電池的溫度超過62℃，系統(tǒng)會向BECM 發(fā)送指令以請求主接觸器打開。該數(shù)值低于可能發(fā)生損壞的臨界水平。每個CSC模塊都連接至六個蓄電池模塊，這些蓄電池模塊反過來又通過HS CAN連接至其他CSC 模塊。發(fā)送至BECM的此數(shù)據(jù)用于HV蓄電池的內(nèi)部監(jiān)測和通過高速電源模式0（PMZ）HS CAN 進行的DTC記錄。這就允許監(jiān)測HV蓄電池內(nèi)部溫度和來自模塊內(nèi)的每個單體電池的HV蓄電池單體電池電壓。

綜上，BECM 接收來自位于EV蓄電池內(nèi)的6個蓄電池單元監(jiān)控電路（CSC）模塊的EV蓄電池模塊數(shù)據(jù)。每個CSC模塊連接至6個EV蓄電池模塊。 EV蓄電池模塊提供來自2個溫度傳感器的數(shù)據(jù)和EV蓄電池單元電壓。來自6個CSC模塊的EV蓄電池模塊數(shù)據(jù)通過專用控制器局域網(wǎng)（CAN）總線發(fā)送至 BECM。

5.蓄電池電量模塊（BEM）

蓄電池電量模塊（BEM）是容納HV蓄電池管理系統(tǒng)的工作部件的主殼體。這其中包括蓄電池電量控制模塊（BECM），該模塊容納了主要HV接觸器和保險絲以保護HV蓄電池電路。如圖7所示，BEM 位于后排乘客座椅底座下方，帶有一個蓋板。BEM中保險絲、接觸器等部件是可維修部件，如圖8所示。蓄電池接觸器框圖如圖9所示。BEM內(nèi)的主要部件包括：

◆ 驅(qū)動電路保險絲（2個，規(guī)格為450A）

┃ 圖6 單體電池監(jiān)控控制器（CSC）拓?fù)鋱D

┃ 圖7 蓄電池電量模塊（BEM）

┃ 圖8 BEM可維修部件

┃ 圖9 蓄電池接觸器

◆ 輔助電路保險絲（規(guī)格為315A）

◆ 主正極接觸器、主負(fù)極接觸器和主正極輔助接觸器

◆ 預(yù)充電電路板

◆ 2個電流傳感器

6.蓄電池電量控制模塊（BECM）

蓄電池電量控制模塊（BECM）是電動車（EV）蓄電池的組成部分。如圖10所示，蓄電池電量控制模塊（BECM）位于BEM 模塊的下部，安裝在BEM安裝板上。BECM監(jiān)控以下內(nèi)容：

◆ EV 蓄電池模塊蓄電池單元的電壓

◆ 內(nèi)部 EV 蓄電池模塊的溫度

┃ 圖10 蓄電池電量控制模塊（BECM）

◆ 高壓（HV）互鎖回路

◆ 蓄電池電量模塊（BEM）中不同點的高壓直流（DC）電壓

◆ BEM 中的 HVDC BEM 電流傳感器

◆ 冷卻液進口和出口連接中的EV 蓄電池冷卻液溫度傳感器

BECM 控制以下 EV 蓄電池溫度控制部件：

◆ EV 蓄電池冷卻液泵

◆EV 蓄電池?fù)Q向閥

BECM還控制BEM中的接觸器，在高壓互鎖回路受損或取下維修斷開裝置（SDU）鑰匙時隔離EV蓄電池。BECM通過高速（HS）控制器局域網(wǎng)（CAN）電源模式 0 系統(tǒng)總線與高壓（HV）系統(tǒng)和其他車輛系統(tǒng)進行通信。如果與BECM之間的通信中斷，則主接觸器將被強制打開。即使車輛在負(fù)載下行駛時，這種情況也可能會出現(xiàn)，因為HV蓄電池的狀態(tài)必須始終得到監(jiān)測。此時，車輛將仍然在控制之下，因為轉(zhuǎn)向和制動系統(tǒng)由12V輔助蓄電池備用電源提供支持。

7.高壓安全系統(tǒng)（高壓互鎖回路）

高壓互鎖回路（HVIL）是一個安全系統(tǒng)，用于防止HV電纜在斷開時帶電。HVIL 監(jiān)測HV接頭與其對應(yīng)的部件之間的完好性。HVIL 由BECM進行監(jiān)測，與之相關(guān)的DTC將會記錄在該模塊中。每個HVIL 電路都由一個12V10ms電源和一個電流感應(yīng)電阻器組成。BECM 監(jiān)測流過電阻器的電流以檢測是否存在斷路或?qū)拥鼗?2V電源短路。HVIL 電路電纜并不沿著HV電纜的長度布設(shè)，每個HV接頭中都有一個回路連接，這就使得電路回路變得完整。如果部件發(fā)生意外損壞或意外斷開，則這將防止斷開的HV接頭中存在高壓。高壓互鎖回路連接到以下部件的高壓直流（DC）接頭：

（1）EV 蓄電池

◆ EV 蓄電池左前方的HVDC 接頭（至前電力變頻轉(zhuǎn)換器EPIC）

◆ EV 蓄電池右前方的HVDC 接頭（至高壓接線盒 HVJB）

◆ EV 蓄電池后部蓄電池電量模塊（BEM）上部的HVDC 接頭（至EPIC）

（2）通過接線線束連接以下部件外部高壓互鎖回路

◆ 電動空調(diào)（A/C）壓縮機

◆ HV內(nèi)部加熱器

◆ 直流/直流（DC/DC）轉(zhuǎn)換器

◆ 有線車載充電模塊

HVIL 電路的起點和終點都在BECM處，HVIL電路經(jīng)過的HV部件如圖11所示。由圖可知，共有3支HVIL 電路，分別是：

（1）HVIL A

◆HV蓄電池處的后逆變器電源連接

（2）HVIL B

◆ BCCM

◆HV蓄電池處的前逆變器電源連接

◆直流/直流轉(zhuǎn)換器

◆ EAC 壓縮機

◆ HVJB

◆ HVCH

（3）HVIL C

◆維修斷開裝置（SDU）

從前后逆變器至EDU 的三相連接并未包含在HVIL 電路中。這些連接由逆變器及其相關(guān)的每個EDU以數(shù)字方式進行監(jiān)測，每個EDU 還會通過FlexRay 網(wǎng)絡(luò)向PCM 發(fā)送此狀態(tài)。

┃ 圖11 高壓互鎖回路HVIL

如果在車輛靜止不動時檢測到HVIL 故障，則HV接觸器將被打開，HV電路將被放電。如果在駕駛員嘗試起步時檢測到HVIL 故障，則HV蓄電池HV接觸器將被閉合，車輛可以行駛。這是因為駕駛員處于車內(nèi)，接觸到暴露的HV電路的風(fēng)險極小。在HVIL 中識別為斷路的HV部件將不工作，盡管只要HV連接存在，功能就不會得到削弱，但是將會記錄DTC。如果在車輛行駛時出現(xiàn)故障，則車輛將會繼續(xù)行駛，直至車輛停止，然后根據(jù)故障的位置，將會出現(xiàn)安全響應(yīng)。這將導(dǎo)致功能下降，具體取決于發(fā)生故障的位置處的部件。如果在充電時發(fā)生HVIL 故障，則充電將被停止。作為HVIL 測試功能的組成部分，HVIL 電路將會受到持續(xù)監(jiān)測。

8.斷路監(jiān)測

與HVIL 測試相關(guān)的是一項稱為斷路監(jiān)測的系統(tǒng)檢查。該檢查用于在向系統(tǒng)施加全部HV之前測試HV電路。該檢查通過防止將全部HV施加給斷開的電路來確保系統(tǒng)的安全操作。該檢查會將來自HV電路末端的每個部件的電壓讀數(shù)與在蓄電池接頭上測得的電壓進行比較。如果電路上沒有電壓，則所有電壓都將為0，因此您將無法檢測到是否存在斷路或是否電壓剛好均為0。為了能夠在向電路施加HV之前檢測到是否斷路，HV蓄電池輸出一個23V的測試電壓。注意：這是一個高得足以檢測到實際斷路的電壓，但是低于50V危險電壓臨界值，因此如果存在斷路，則不會帶來危險。HV電路的測試區(qū)域包括：

◆主HV蓄電池電壓

◆主逆變器輸出電壓

◆主輔助輸出電壓

◆維修斷開裝置，包括保險絲狀態(tài)

◆熔斷的前逆變器保險絲的識別

◆熔斷的后逆變器保險絲的識別

◆熔斷的輔助逆變器保險絲的識別

◆電壓交叉檢查，旨在識別粘連的接觸器

斷路測試如圖12、表1所示。表1是斷路測試邏輯表，它顯示了BECM在BEM 模塊中的哪個電路位置獲取測量值。該邏輯表用于部件監(jiān)測，包括HV接觸器和保險絲。

9.HV電路絕緣監(jiān)測

┃ 圖12 斷路測試示意圖

表1 斷路測試說明

BECM 的HV接觸器元件中包含自診斷功能。該功能利用HV蓄電池電壓本身監(jiān)測HV電路與車輛底盤之間的電阻。這稱為絕緣測試。如果電阻降至225kΩ以下，則表示檢測到故障。該功能最多花費10s即可檢測到故障。單純失去絕緣性能不會產(chǎn)生電擊的風(fēng)險。失去絕緣意味著其中一個HV端子有效連接至車輛底盤，如果其他端子也暴露出來（失去絕緣），則會存在電擊風(fēng)險。如果在車輛靜止不動時發(fā)現(xiàn)這種情況，則HV電路將被關(guān)閉，駕駛員將會看到一條警告，同時BECM 中會記錄一個DTC。如果在車輛行駛時發(fā)生絕緣故障，則車輛將會繼續(xù)行駛，同時駕駛員會看到一條警告。絕緣測試將會持續(xù)進行以確保HV電路的安全。注意：如果接收到來自約束控制模塊（RCM）的碰撞信號，則在5s內(nèi)將會停止絕緣測試電壓，測試電壓將會消失。

10.HV接觸器控制

蓄電池電量控制模塊（BECM）負(fù)責(zé)執(zhí)行HV電路的電壓預(yù)充電。為此，它將會向HV電路施加受控的電量，從而在閉合主正極接觸器之前，將HV電路電壓升至與HV蓄電池電壓相差的6V之內(nèi)，這有助于防止HV接觸器受到高浪涌電流的影響。此程序?qū)⒋_保降低HV接觸器的接觸器表面處受到損壞的風(fēng)險。該流程由BECM 的內(nèi)部軟件進行完全管理，并且沒有直接診斷連接。BECM 將會記錄在此電路中識別的故障。

在向電路施加預(yù)充電電壓之前，系統(tǒng)將會執(zhí)行自檢，它通過監(jiān)測電壓增長時間來完成此操作。如果在200ms內(nèi)未發(fā)生此操作，則預(yù)充電接觸器閉合序列將被中止，此時需要執(zhí)行全面的BECM 斷電。HV接觸器的工作序列如下：

◆主負(fù)極接觸器閉合

◆預(yù)充電接觸器閉合，并通過電阻器組和BECM 使電路接通

◆執(zhí)行電路自檢以檢查保險絲和HV接線電路的完整性

◆如果自檢通過，則主正極接觸器閉合；如果未通過，則它將會記錄一個DTC，并在規(guī)定時間內(nèi)繼續(xù)執(zhí)行自檢程序

┃ 圖13 維修斷開裝置（SDU）

◆預(yù)充電接觸器打開，留下主接觸器閉合，將HV蓄電池組最高電壓和電流傳輸至HV部件系統(tǒng)

11.BECM故障反應(yīng)策略

BECM 將HV蓄電池溫度告知供暖、通風(fēng)和空調(diào)模塊，以便根據(jù)需要啟用HV蓄電池回路的冷卻或加熱。如果系統(tǒng)檢測到HV蓄電池內(nèi)部溫度超出正常工作溫度范圍，則它可能會限制輸送或供應(yīng)給HV電路的電量。HV蓄電池的溫度控制對于確保最佳性能至關(guān)重要，該溫度由BECM 進行控制。當(dāng)車輛行駛時，以及當(dāng)車輛通過BCCM和充電插座連接至外部電源時，溫度調(diào)節(jié)都會工作。如果單體電池溫度之間的差異超過15℃，則HV蓄電池溫度控制也將被激活。與監(jiān)測部分配合，BECM 也可以限制可用功率。它將會利用一系列策略來完成此任務(wù)，這些策略根據(jù)狀況的嚴(yán)重程度而有所不同。降低功率的請求通過PCM發(fā)送至HV部件。如果導(dǎo)致功率受限的狀況已得到解決，則該策略將會恢復(fù)正常操作。在降低功率無效的緊急情況下，BECM 將請求發(fā)出CAT6 警告。在打開HV接觸器前，系統(tǒng)將會向車輛提供2.5s的警告。這就允許HV電路釋放電路中存在的電壓。這種情況將會要求車輛完成關(guān)閉。如果BECM收到碰撞信號，則系統(tǒng)將會發(fā)出CAT7警告。這將會產(chǎn)生立即打開HV接觸器的即刻請求。BECM 故障反應(yīng)策略如下：

CAT3：向駕駛員顯示維修信息，具備自我清除功能。

CAT4：在未向駕駛員發(fā)送警告消息的情況下降低額定功率，具備自我清除功能。

CAT5：意外斷電，HV接觸器保持打開10s，同時執(zhí)行HV主動放電，具備延時自我清除功能。

CAT6：所有HV接觸器將會在2.5s延時后打開，需要關(guān)閉系統(tǒng)才能清除警告。

CAT7：立即打開HV接觸器，需要關(guān)閉系統(tǒng)才能清除警告。

11.維修斷開裝置（SDU）

維修斷開裝置（SDU）如圖13所示，SDU位于電動車（EV）蓄電池的后頂部，左側(cè)后排乘客座椅下方。通過第二排座椅坐墊下方的可拆卸蓋板，可以接觸到 SDU 鑰匙。SDU可直接斷開蓄電池正極線路處的正極電路。當(dāng)車輛處于帶電狀態(tài)時，除非緊急情況需要拆卸該部件，否則嚴(yán)禁拆卸該部件。將SDU 鑰匙轉(zhuǎn)動90°并向上抬起，即可取下該鑰匙。作為HV斷電程序的組成部分，在該程序期間需要斷開SDU。必須始終遵循正確的程序。請參考維修手冊以了解相應(yīng)的程序。

（待續(xù)）