深圳技師學(xué)院 李清明

1 比亞迪e5車高壓電控總成的組成

2015年至2018年產(chǎn)的比亞迪e5車采用第2代e平臺(tái)，高壓電控總成安裝在車輛的前艙，如圖1所示。

圖1 高壓電控總成的安裝位置

1.1 高壓電控總成的組成

高壓電控總成是將純電動(dòng)汽車的雙向交流逆變式電機(jī)控制器（VTOG）、車載充電器（OBC）、高壓配電箱和DC-DC轉(zhuǎn)換器這4個(gè)高壓電控裝置合為一體，又稱“高壓四合一”。

（1）VTOG控制器。該控制器為電壓型逆變器，利用IGBT將直流電轉(zhuǎn)化成交流電，其主要功能是通過收集擋位信號(hào)、加速踏板信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)等來控制電機(jī)，根據(jù)不同工況控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、功率、扭矩、轉(zhuǎn)速等，即控制電機(jī)的前進(jìn)、倒退、維持車輛的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，還具備充電控制功能，能進(jìn)行交直流轉(zhuǎn)換，雙向充放電控制。該控制器總成分為上、中、下3個(gè)單元，上、下層為電機(jī)控制單元和充電控制單元，中間層為水道冷卻單元。

（2）車載充電器。車載充電器是指固定安裝在純電動(dòng)汽車上的充電器，根據(jù)高壓電池管理系統(tǒng)（BMS）提供的數(shù)據(jù)，能動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)充電電流或電壓參數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，完成充電過程。

（3）高壓配電箱。高壓配電箱的功能主要是將高壓電池的高壓直流電供給整車高壓電器，接收車載充電器或非車載充電器的直流電，給高壓電池充電，同時(shí)還具有電流檢測(cè)、漏電監(jiān)測(cè)等其他輔助檢測(cè)功能。

（4）DC-DC轉(zhuǎn)換器。DC-DC轉(zhuǎn)換器是電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)中很重要的組成部分，通過DC-DC轉(zhuǎn)換器給低壓電池充電，與低壓電池一起為低壓電器系統(tǒng)供電。

1.2 高壓電控總成的功能

（1）高壓電控總成的外部接口。高壓電控總成外部接口分為高壓接口和低壓接口兩部分。高壓接口有電池包高壓直流輸入接口（直流母線正極接口、直流母線負(fù)極接口）、電機(jī)三相（三相交流輸出）接口、交流充電（輸入交流）N與L1相接口、交流充電（輸入交流）L2與L3相接口、直流充電輸入接口、空調(diào)電動(dòng)壓縮機(jī)接口、加熱器PTC接口。低壓接口有DC-DC輸出接口、VTOG控制器低壓接口、高壓配電箱低壓控制接口。

（2）高壓電控總成的內(nèi)部模塊布局。高壓電控總成內(nèi)部模塊布局如圖2所示。主要部件有VTOG控制器（控制板、IGBT驅(qū)動(dòng)板、IGBT）、電容（660 μF母線電容總成、70 μF、25 μF）、接觸器、霍爾電流傳感器、車載充電器總成、電感及電感溫度傳感器、繼電器電路板模塊等。

（3）高壓配電箱。高壓配電箱主要由接觸器、霍爾電流傳感器、預(yù)充電阻、高壓電池包正負(fù)極輸入接口組成，如圖3所示。接觸器由BMS控制充放電。

（4）漏電傳感器。本車采用直流漏電傳感器，如圖4所示。當(dāng)高壓系統(tǒng)漏電時(shí)，漏電傳感器發(fā)送信號(hào)給BMS，BMS接收到漏電信號(hào)后根據(jù)漏電情況馬上報(bào)警或斷開高壓系統(tǒng)，以防止對(duì)人或物品造成傷害和損失。

圖2 高壓電控總成內(nèi)部模塊布局

圖3 高壓配電箱組成

（5）VTOG控制器。VTOG控制器由上、下兩塊電路板組成，上方為控制板（圖5），下方為IGBT驅(qū)動(dòng)板（圖6）。IGBT驅(qū)動(dòng)芯片采用1ED020I12FA2芯片。IGBT總成固定于IGBT驅(qū)動(dòng)板上，其控制極G、控制極E通過彈簧與電路板上的電路連接，該總成上還有用于檢測(cè)其工作溫度的溫度傳感器（熱敏電阻）。

此車VTOG控制器預(yù)留有車輛對(duì)放電排插供電功能（VTOL）及車輛對(duì)車輛放電功能（VTOV），可通過轉(zhuǎn)向盤上的按鍵進(jìn)行設(shè)置。

圖4 漏電傳感器

圖5 VTOG控制器上控制板

圖6 IGBT驅(qū)動(dòng)板

VTOG控制器主要有驅(qū)動(dòng)控制與充電控制兩大功能。驅(qū)動(dòng)控制（放電）是采集加速踏板、制動(dòng)踏板、擋位、旋變等信號(hào)，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、倒車、減速或制動(dòng)時(shí)正反轉(zhuǎn)發(fā)電功能；具有高壓輸出電壓和電流控制功能；具有電壓跌落、過流、過溫、IPM過溫、IGBT過溫保護(hù)、功率限制、扭矩控制限制等功能；具有電控系統(tǒng)防盜、能量回饋控制、主動(dòng)泄放、被動(dòng)泄放控制等功能。充電控制具有交直流轉(zhuǎn)換，雙向充放電控制功能；具有自動(dòng)識(shí)別單相、三相相序并根據(jù)充電電流控制充電方式，根據(jù)充電設(shè)備識(shí)別充電功率控制充電方式，根據(jù)車輛或其他設(shè)備請(qǐng)求信號(hào)控制車輛對(duì)外放電的功能；具有斷電重啟功能，即在電網(wǎng)斷電后又供電時(shí)，可繼續(xù)充電的功能；原版的高壓四合一車型在直流充電時(shí)，具有直流充電升壓功能，從而可使用一些輸出電壓低于比亞迪e5車的通用直流充電柜進(jìn)行充電。VTOG控制器還包括CAN通訊、故障處理記錄、在線CAN燒寫及自檢等功能。顯然，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制時(shí)電機(jī)的三相接觸器處于接通狀態(tài)，而充電控制時(shí)電機(jī)的三相接觸器處于切斷狀態(tài)。

（6）DC-DC轉(zhuǎn)換器。DC-DC轉(zhuǎn)換器及DC低壓輸出端子如圖7所示。DC低壓輸出端通過正極熔絲盒給低壓起動(dòng)鐵電池充電并給整車低壓電器系統(tǒng)供電。

圖7 DC-DC轉(zhuǎn)換器及低壓輸出端子

（7）車載充電器。它用于功率不高于3.3 kW的單相交流充電設(shè)備充電的場(chǎng)合，適用的充電設(shè)備包括便攜式充電器、3.3 kW壁掛式充電盒。使用功率大于3.3 kW的單相或三相交流充電設(shè)備充電則要經(jīng)過VTOG控制器進(jìn)行。拆下上蓋的車載充電器如圖8所示，可以看出其有兩塊電路板，需拆下車載充電器內(nèi)部的上部電路板后，再拆下變壓器與下部電路板，車載充電器殼體及下部電路板如圖9所示。

（8）電容。該車高壓電路中使用的電容為薄膜電容，如圖10所示。薄膜電容的耐壓可以達(dá)到1 000 V DC以上，改善了電容的防潮性和抗溫度沖擊能力，工作環(huán)境溫度可達(dá)105 ℃～125 ℃。主要由母線電容總成、直流充電升壓器的70 μF電容及3個(gè)25 μF電容總成等組成。

圖8 拆下上蓋的車載充電器

圖9 車載充電器殼體及下部電路板

圖10 薄膜電容

（9）霍爾電流傳感器（圖11）。高壓電控總成中采用了霍爾電流傳感器來檢測(cè)電流。為檢測(cè)電流方向，有的采用了正、負(fù)電源供電。一般需要在線檢測(cè)霍爾電流傳感器的性能好壞，先檢查其是否有“+15 V”“-15 V”的電源，若電源正常，則測(cè)試霍爾信號(hào)（“1 V”對(duì)應(yīng)100 A）并與電源管理器的當(dāng)前電流進(jìn)行對(duì)比，從而判斷霍爾電流的正常與否。

（10）復(fù)合母排。高壓電控總成中采用了復(fù)合母排技術(shù)（圖12），具有電氣安全性高、電磁輻射小、傳導(dǎo)發(fā)熱小、集成度高等優(yōu)點(diǎn)。

圖11 霍爾電流傳感器

圖12 復(fù)合母排