深圳技師學(xué)院 李清明

2 高壓電控總成的工作原理

2.1 高壓安全保護(hù)

（1）碰撞斷高壓電保護(hù)。如果車輛發(fā)生碰撞，BMS接收到安全氣囊展開信號(hào)后，通過斷開系統(tǒng)主接觸器來切斷高壓電。

（2）漏電斷高壓電保護(hù)。漏電傳感器主要監(jiān)測(cè)與高壓電池相連接的正極母線或負(fù)極母線與車身底盤間的絕緣電阻，來判定高壓系統(tǒng)是否存在漏電。漏電傳感器將漏電數(shù)據(jù)信息通過CAN通訊發(fā)送給BMS和VTOG控制器，然后采取相應(yīng)保護(hù)措施。漏電判定及措施見表1所列。

（3）高壓互鎖保護(hù)。高壓互鎖保護(hù)分為結(jié)構(gòu)互鎖和功能互鎖兩部分。結(jié)構(gòu)互鎖是指車輛的主要高壓連接器均帶有互鎖回路（圖13），當(dāng)其中某個(gè)連接器帶電斷開時(shí)，BMS便會(huì)檢測(cè)到高壓互鎖回路存在斷路，為保護(hù)人員安全，將立即進(jìn)行報(bào)警并斷開主高壓回路電氣連接，同時(shí)激活主動(dòng)泄放。功能互鎖是指當(dāng)車輛進(jìn)行充電或插充電槍時(shí)，高壓電控系統(tǒng)會(huì)限制車輛不能通過自身驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以防發(fā)生安全事故。

2015年產(chǎn)比亞迪e5車沒有安裝維修開關(guān)，2015年后產(chǎn)的比亞迪e5車安裝維修開關(guān)，其高壓互鎖電路示意圖如圖14所示。

表1 漏電判定及措施

圖13 高壓連接器的互鎖保護(hù)

圖14 2015年后產(chǎn)的比亞迪e5車高壓互鎖電路示意圖

安裝維修開關(guān)的高壓互鎖回路依次將BMS的端子BK45（A）/1、PTC模塊的端子B52/1和端子B52/2、高壓電控總成的端子B28（B）/22和端子B28（B）/23、高壓電池包的端子KxK51/29和端子KxK51/30、BMS的端子BK45（B）/7串聯(lián)起來。高壓電控總成的高壓互鎖回路經(jīng)母線“-”連接器、母線“+”連接器、PTC線束連接器、空調(diào)壓縮機(jī)線束連接器依次串接起來。

（4）主動(dòng)泄放保護(hù)。5 s內(nèi)把預(yù)充電容電壓降低到≤60 V，迅速釋放危險(xiǎn)電能，主動(dòng)泄放模塊的泄放電阻為7.5 Ω。

（5）被動(dòng)泄放保護(hù)。2 min內(nèi)把預(yù)充電容電壓降低到≤60 V，被動(dòng)泄放是主動(dòng)泄放失效的二重保護(hù)。被動(dòng)泄放電阻（75 kΩ）直接接于660 μF高壓電容器正負(fù)極兩端，上電后一直處于耗電狀態(tài)，但電流很小，損耗可忽略不計(jì)。

2.2 上電過程

車身控制模塊（MICU）采集到“制動(dòng)踏板”與“起動(dòng)按鈕”命令后，由VTOG控制器與無鑰匙系統(tǒng)模塊（Keyless-ECU）進(jìn)行防盜認(rèn)證，認(rèn)證成功后吸合IG1繼電器并發(fā)送“起動(dòng)開始”報(bào)文，通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送給VTOG控制器和BMS。BMS得電且收到報(bào)文后，BMS先吸合預(yù)充接觸器并進(jìn)行自檢，檢查是否存在嚴(yán)重欠壓、嚴(yán)重過壓、嚴(yán)重漏電、嚴(yán)重過溫、接觸器燒結(jié)、高壓互鎖鎖止等異常情況，如果檢測(cè)存在異常情況則上電失敗，如果未檢測(cè)到異常情況，則吸合負(fù)極接觸器，高壓電池的高壓電經(jīng)過與預(yù)充接觸器串聯(lián)的限流電阻加載到VTOG控制器母線上，然后判斷預(yù)充是否成功。VTOG控制器檢測(cè)到母線上的電壓達(dá)到高壓電池額定電壓的設(shè)定值時(shí)，通過CAN通訊向BMS反饋預(yù)充滿信號(hào)，如果不預(yù)充直接接通接觸器，由于母線電容在通電瞬間相當(dāng)于短路狀態(tài)，會(huì)使過大電流流過接觸器，因而可能產(chǎn)生接觸器燒結(jié)等不良后果，當(dāng)無嚴(yán)重漏電信號(hào)、直流母線電壓達(dá)到設(shè)定值且直流低壓系統(tǒng)無低壓警告時(shí)，BMS判定預(yù)充成功，BMS控制主接觸器吸合，斷開預(yù)充接觸器，點(diǎn)亮OK燈，上電成功。

2.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)的原理

比亞迪e5車的高壓電控總成有多種版本，根據(jù)年款等有所變化，分原版高壓電控總成與簡(jiǎn)版高壓電控總成。

比亞迪的漏電傳感器有2種，一種接于正極，一種接于負(fù)極，兩者不可互換。驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，3個(gè)電機(jī)接觸器閉合，高壓電經(jīng)IGBT逆變橋（6個(gè)絕緣柵雙極晶體管在ON和OFF間切換）變換出交流電并輸送給電機(jī)，利用旋轉(zhuǎn)變壓器技術(shù)和空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）控制算法來控制電機(jī)正轉(zhuǎn)（前進(jìn)）或反轉(zhuǎn)（倒車）。

2.4 再生制動(dòng)時(shí)的原理

車輛減速或制動(dòng)時(shí)，電機(jī)由車輪驅(qū)動(dòng)，再生制動(dòng)功能使電機(jī)起到發(fā)電機(jī)的作用，將電能存儲(chǔ)到高壓電池中。

2.5 單相交流充電原理

當(dāng)使用便攜式充電器或功率不大于3.3 kW的交流充電器進(jìn)行充電時(shí)，VTOG控制器能自動(dòng)識(shí)別出充電設(shè)備，并喚醒車載充電器，激活交流充電正極接觸器，對(duì)高壓電池進(jìn)行充電。

當(dāng)使用功率大于3.3 kW的交流充電器進(jìn)行充電時(shí)，在N相線與B相線（對(duì)電機(jī)一側(cè)而言）間增加單相切換接觸器，VTOG控制器收到單相充電指令時(shí)，控制單相切換接觸器吸合，使B相線和N相線連接，由A相、B相作為L(zhǎng)1相、N相線使用，充電槍連接插頭需使用專用連接插頭或其L2相、L3相不做使用的連接插頭。當(dāng)VTOG控制器收到單相充電指令時(shí)，控制單相/三相切換接觸器其中的2個(gè)接觸器閉合，使三相充電插座的L1相、L2相與單相充電插座的L1相、N相線導(dǎo)通。

2.6 三相交流充電原理

系統(tǒng)收到充電指令時(shí)，將BMS允許的最大充電電流、供電設(shè)備最大供電電流和充電連接裝置的額定電流相比較，VTOG控制器判斷這三者中最小的充電電流，自動(dòng)選擇充電相關(guān)參數(shù)，同時(shí)系統(tǒng)對(duì)供電設(shè)備輸送的交流電進(jìn)行采樣，VTOG控制器通過采樣值計(jì)算出交流電電壓有效值，再通過捕獲來確定交流電頻率，根據(jù)電壓有效值和頻率判斷出交流電電制，根據(jù)電網(wǎng)電制選取控制參數(shù)。確定控制參數(shù)后，VTOG控制器控制繼電器板的三相交流預(yù)充繼電器和濾波電容繼電器吸合，對(duì)直流側(cè)母線電容進(jìn)行充電，當(dāng)電容電壓達(dá)到規(guī)定值后吸合單相/三相切換接觸器，同時(shí)斷開繼電器板的三相預(yù)充繼電器，此時(shí)VTOG控制器發(fā)送PWM信號(hào)，控制雙向DC/AC模塊對(duì)交流電進(jìn)行可控整流，再根據(jù)高壓電池電壓，對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，最后把直流電輸送給高壓電池。在此過程中，VTOG控制器根據(jù)預(yù)先選定的目標(biāo)充電電流和電流采樣反饋的相電流，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)的電流調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓電池進(jìn)行充電。

2.7 直流充電原理

比亞迪e5車除了可采用交流充電方式外，還具有直流充電的快速充電方式。

直流充電主要是通過充電站的充電柜將直流高壓電直接通過直流充電口給高壓電池充電。

當(dāng)使用的直流充電柜最大輸出電壓小于高壓電池電壓時(shí)，直流充電升壓器工作，將下橋臂的增壓IGBT置于ON，使直流充電柜的電力為電感充電。電感存儲(chǔ)了電能，將下橋臂的增壓IGBT置于OFF，電感產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使電壓升至合適的充電電壓，電流持續(xù)從電感中流出，通過上橋臂IGBT流入母線電容和高壓電池。