大眾ID.4純電動(dòng)汽車高電壓系統(tǒng)詳解(一)

大眾ID.4純電動(dòng)汽車是2021年世界年度車型,高電壓系統(tǒng)經(jīng)過全新設(shè)計(jì),與模塊化純電動(dòng)平臺(tái)架構(gòu)無縫集成。動(dòng)力蓄電池是車輛底盤的一部分,安裝在車輛下部,以提供較低的重心。ID.4純電動(dòng)汽車高電壓系統(tǒng)如圖1所示。


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圖1 ID.4純電動(dòng)汽車高電壓系統(tǒng)


ID.4上市后先配備了82kWh的動(dòng)力蓄電池,稍后將提供62kWh動(dòng)力蓄電池的車型。82kWh動(dòng)力蓄電池在12個(gè)電池模塊中有288個(gè)單體電池。這些電池模塊安裝在一個(gè)輕型鋁制結(jié)構(gòu)的殼體中,動(dòng)力蓄電池外殼用螺栓固定在車身上。

ID.4可以通過交流(AC)和直流(DC)快速充電樁充電。車載充電器允許ID.4充電使用家用或公共2級(jí)充電樁,動(dòng)力蓄電池充電1h,可以行駛約53km,并在約7.5h內(nèi)充滿電(圖2)。在直流快速充電站,使用125kW的充電樁,ID.4可以在大約38min內(nèi)從5%充電到80%,充電口如圖3所示。


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圖2 ID.4充電


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圖3 ID.4充電口


電氣元件位置

ID.4純電動(dòng)汽車的高電壓電氣元件包括動(dòng)力蓄電池AX2、電壓轉(zhuǎn)換器A19、高電壓加熱器(PTC)ZX17、PTC加熱器元件Z132、空調(diào)壓縮機(jī)VX81、動(dòng)力蓄電池充電器AM、充電口UX4、三相電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)VX54、電機(jī)電力和控制電子裝置JX1,電氣元件位置如圖4所示。


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圖4 電氣元件位置圖


動(dòng)力蓄電池AX2

82kWh鋰離子動(dòng)力蓄電池AX2的最大交流充電功率為11kW,最大直流充電功率為125kW。包括12個(gè)蓄電池模塊,如圖5所示。62kWh鋰離子動(dòng)力蓄電池的最大交流充電功率為7.2kW,最大直流充電功率為50kW。包括9個(gè)蓄電池模塊,如圖6所示。


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圖5 82kWh動(dòng)力蓄電池


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圖6 62kWh動(dòng)力蓄電池


鋰離子動(dòng)力蓄電池AX2的技術(shù)規(guī)范包括質(zhì)量382~503kg 、凈能量合量58~77kWh,額定電壓400V,蓄電池模塊數(shù)量9~12個(gè),容量156~234Ah,冷卻系統(tǒng)使用液體冷卻,工作溫度范圍為-28~60℃,防護(hù)等級(jí)IP6K7、IP6K9K。動(dòng)力蓄電池正負(fù)極位置如圖7所示。


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圖7 動(dòng)力蓄電池正負(fù)極位置


1、蓄電池模塊

對(duì)于82kWh的動(dòng)力蓄電池,蓄電池模塊配置為8個(gè)串聯(lián)和3個(gè)并聯(lián)。對(duì)于62kWh蓄電池,蓄電池模塊布置為12個(gè)串聯(lián)和2個(gè)并聯(lián)。蓄電池模塊技術(shù)規(guī)范如表1所示,單體排布如圖8-10所示。



表1 蓄電池模塊技術(shù)規(guī)范

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圖8 蓄電池模塊正負(fù)極端子


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圖9 82kWh蓄電池模塊單體排布


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圖10 62kWh蓄電池模塊單體排布


2、高低壓電氣接頭

動(dòng)力蓄電池的高低壓電氣接頭如圖11所示。低壓電氣接頭端子包括端子30、端子30C、端子31、安全氣囊控制電腦J234、動(dòng)力蓄電池冷卻液溫度傳感器G898、動(dòng)力蓄電池冷卻液溫度傳感器G899、控制線、加熱元件(PTC) Z132、動(dòng)力系CAN總線、動(dòng)力蓄電池冷卻液泵V590、動(dòng)力蓄電池加熱混合閥V683、動(dòng)力蓄電池加熱混合閥V696。


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圖11 高低壓電氣接頭


3、動(dòng)力蓄電池的開關(guān)單元

動(dòng)力蓄電池兩個(gè)開關(guān)單元之間的元件有不同的分工,這樣能夠適應(yīng)不同動(dòng)力蓄電池所需的不同空間。ID.4電機(jī)電力和控制電子裝置JX1中的中間電路電容器C25由電壓轉(zhuǎn)換器A19預(yù)充電,這樣就不需要預(yù)充電繼電器和預(yù)充電電阻器。62kWh動(dòng)力蓄電池的開關(guān)單元如圖12所示。


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圖12 動(dòng)力蓄電池的開關(guān)單元


4、動(dòng)力蓄電池控制裝置負(fù)極端子SX7的開關(guān)單元
動(dòng)力蓄電池中斷熔絲S415是一種煙火式熔絲,可以提高高壓系統(tǒng)的安全級(jí)別。發(fā)生故障時(shí),它的跳閘速度比高壓繼電器快。如果熔絲跳閘,則必須更換整個(gè)動(dòng)力蓄電池控制裝置SX7,而不能只替換或復(fù)位熔絲。高壓接頭上有電壓端子,蓄電池調(diào)節(jié)控制裝置J840使用這些端子監(jiān)控高壓接頭。動(dòng)力蓄電池控制裝置負(fù)極端子SX7的開關(guān)單元如圖13所示。

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圖13 動(dòng)力蓄電池控制裝置負(fù)極端子SX7的開關(guān)單元




5、動(dòng)力蓄電池控制裝置正極端子SX8的開關(guān)單元
動(dòng)力蓄電池控制裝置正極端子SX8的開關(guān)單元內(nèi)部有一個(gè)高壓系統(tǒng)熔絲S352。這個(gè)熔絲一旦熔斷,無法更換或復(fù)位,需要更換整個(gè)動(dòng)力蓄電池控制裝置正極端子SX8的開關(guān)單元。這個(gè)熔絲保護(hù)的高壓系統(tǒng)元件包括動(dòng)力蓄電池充電器AX4、加熱元件(PTC)Z132、高壓加熱器(PTC)ZX17、空調(diào)壓縮機(jī)VX81、電壓轉(zhuǎn)換器A19。

動(dòng)力蓄電池控制裝置正極端子SX8的開關(guān)單元如圖14所示。


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圖14 動(dòng)力蓄電池控制裝置正極端子SX8的開關(guān)單元






6、蓄電池調(diào)節(jié)控制裝置J840
蓄電池調(diào)節(jié)控制裝置J840的功能包括使用動(dòng)力系CAN總線進(jìn)行通信,內(nèi)部數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的主控制單元,監(jiān)測(cè)和控制動(dòng)力蓄電池中的開關(guān)單元,對(duì)控制線進(jìn)行監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)絕緣電阻,提供動(dòng)力蓄電池的測(cè)量值,在發(fā)生故障時(shí),熔斷熔絲S415,中斷動(dòng)力蓄電池供電。蓄電池調(diào)節(jié)控制裝置如圖15所示。


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圖15 蓄電池調(diào)節(jié)控制裝置J840


蓄電池調(diào)節(jié)控制裝置J840的針腳分配包括32針連接、12針連接和40針連接。
32針連接接到蓄電池外殼上的低壓電氣接頭,連接CAN總線和LIN總線的蓄電池模塊控制裝置J1208-J1210,以及蓄電池外殼的接地連接。

12針連接動(dòng)力蓄電池開關(guān)單元中高壓接頭前后的電壓信號(hào)。

40針連接高壓蓄電池中斷熔絲S415,動(dòng)力蓄電池高壓加熱器1號(hào)溫度傳感器G1132,動(dòng)力蓄電池高壓加熱器2號(hào)溫度傳感器G1133,動(dòng)力蓄電池電壓傳感器G848,動(dòng)力蓄電池電壓2號(hào)傳感器G1131。


7、蓄電池模塊控制裝置J1208-J1210
每個(gè)蓄電池模塊控制裝置最多連接4個(gè)蓄電池模塊。根據(jù)蓄電池的大小,使用2~3個(gè)控制裝置。通過蓄電池模塊控制裝置J1208~J1210,蓄電池調(diào)節(jié)控制裝置J840可以監(jiān)測(cè)蓄電池電壓,監(jiān)測(cè)模塊溫度,平衡單體電池,如圖16所示。


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圖16 蓄電池模塊控制裝置J1208-J1210


22針連接將蓄電池模塊控制裝置連接到各個(gè)蓄電池模塊。12針連接用于連接其他蓄電池模塊控制裝置或蓄電池調(diào)節(jié)控制裝置J840。

ID.4車型的單體電池具有被動(dòng)平衡功能。這表示使用電阻器可以將所有單體電池放電至單體電池的最弱電壓等級(jí)。


三相電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)VX54

三相電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)VX54與電機(jī)電力和控制電子裝置JX1一起安裝在車輛后部。它與低溫冷卻回路相連。三相電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)VX54包括帶轉(zhuǎn)子和定子的電機(jī)V141、電機(jī)溫度傳感器G712、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器G713。電機(jī)V141如圖17所示。


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圖17 電機(jī)V141


電機(jī)V141的定子采用發(fā)夾法制造。單個(gè)定子元件看起來像發(fā)夾。除了自動(dòng)化大批量生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)外,與繞線線圈設(shè)計(jì)相比,定子具有更好的散熱和更低的轉(zhuǎn)子損耗。


1、電機(jī)溫度傳感器G712
電機(jī)溫度傳感器G712位于兩個(gè)定子電磁線圈之間,以改進(jìn)信號(hào)檢測(cè)。它是負(fù)熱系數(shù)(NTC)傳感器,向電機(jī)電力和控制電子裝置JX1報(bào)告電機(jī)溫度。電機(jī)溫度傳感器的溫度信號(hào)可以防止電機(jī)V141過熱。溫度達(dá)到160℃時(shí),電機(jī)降低輸出功率。電機(jī)溫度傳感器G712如圖18所示。


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圖18 電機(jī)溫度傳感器G712


2、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器G713
電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器G713安裝在三相電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)VX54上,作為具有高級(jí)評(píng)估功能的感應(yīng)傳感器。傳感器輪安裝在驅(qū)動(dòng)它的電機(jī)轉(zhuǎn)子上。電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器0713判斷位置、旋轉(zhuǎn)方向和部件公差。它直接與電機(jī)電力和控制電子裝置JX1連接。電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器G713如圖19所示。


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圖19 電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器G713



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