比亚迪E6纯电动汽车系统结构原理(一)
◆文/吉林 李伟
一、比亚迪E6纯电动汽车动力系统
比亚迪E6纯电动汽车动力系统主要由控制模块、动力模块及高压辅助模块三大模块组成，其结构原理如图1所示。电动车的控制模块由电机控制器、DC-DC、动力配电箱、主控ECU、挡位控制器、加速踏板及电池管理单元组成；动力模块由电动机总成、电池包体总成组成；高压辅助模块由车载慢充、漏电保护
器、车载充电口及应急开关等组成。
图1 比亚迪E6纯电动汽车动力系统结构原理
二、动力控制系统的工作原理
1.充电过程
高压充电桩或者市用电源通过车载充电器升压后输电给车上的配电箱，配电箱经过应急开关后对HV电池组充电。在充电过程当中，电源管理器始终监控HV电池组的温度和电压，如果HV电池组内部某单体温度或电压过高，电源管理器会切断配供电。2.放电过程
HV电池组在电源管理器和漏电保护器的监控下，通过应急开关输电给配电箱，配电箱根据车辆的实际用电情况分配电量。一部分电量流向电机控制器，另一部分电量流向DC-DC交换器。主控ECU根据驾驶员操作信息(接收加速踏板角度传感器和挡位控制器的信号)控制电机控制器的工作，电机控制器则主要控制流向电机电量大小以及驱动车辆前进或后退。
另一部分从配电箱流向D C-D C交换器的电量，经过DC-DC交换器将高压直流电转化为低压直流电，为车辆电动液压助力转向系统提供42V的电源，同时还为整车用电设备提供12V的电源。三、驱动电机控制器
1.结构
驱动电机控制器类型为电压型逆变器，利用IGBT将直流电转换为交流电，额定电压为330V，主要功能是根据不同工况控制电机的正反转、功率、扭矩、转速等，即控制电机的前进、倒退、维持电动车的正常运转。其关键零部件IGBT(绝缘栅双极晶体管)实际为大电容，作用为控制电流工作，保证能够按意愿输出合适的电流参数。宁波车市网
二手雪佛兰驱动电机控制器总成包含上中下三层，上层和下层为电动机控制单元，中层为水道冷却控制单元，总成还包括信号接收插件、12V电源、CAN线、挡位、加速踏板、刹车、旋变、电机温度信号线、预充满信号线等，2根动力电池正负极接插件，3根电机三相线接插件和2个水套接头及其他周边附件，如图2所示。
图2 电机驱动器的结构
(a)
(b)
2.功能
(1)控制电机正反向驱动、正反转发电；
(2)控制电机的动力输出，同时对电机进行保护；
(3)通过CAN与其他控制模块通讯，接收并发送相关的信号，间接地控制车上相关系统正常运行；
(4)制动能量加馈控制；
(5)自身内部故障的检测和处理；
(6)最高工作转速：在额定电压，运行所能达到的最高转速为
7 500r/min；
(7)半坡起步功能；
(8)防止电机飞车、防止IPM受损害；
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(9)采集P、R、N、D挡位信号；
(10)采集油门深度传感器和刹车深度传感器信号。
3.IGBT控制原理
IGBT被认为是电动车的核心技术之一。它可将交流电和直流电进行转换，同时还承担电压的高低转换功能。另外也可将电动机回收的交流电流转换成可供蓄电池充电的电流。IGBT的结构如图3所示。
动力电池组和电动机的正负极分别与IGBT模块的输入端和输出端连接，IGBT的输出电压由主控制器向其输入的PWM信号控制。在控制器运行过程中，主控制器通过采集分析加速踏板、制动踏板、车速等传感器信号来进行电机电压的输出控制，输出方式是将PWM信号传递到IGBT模块，通过采集电机电压、电流、电机和IGBT模块的温充等反馈信号业进行系统的过流、过
压、过热保护。
图3 IGBT结构
4.驱动系统控制策略
电动汽车行驶过程中，驾驶员根据实际行驶工况的需要，通过操作加速踏板、制动踏板、变速器操纵杆来控制电动汽车的车速。在不考虑换挡的情况下，加速踏板的信号就代表驾驶员的指令。因此电动汽车实际上是通过驾驶员来实现车速闭环控制的，控制系统可以分为开环控制系统、电流闭环控制系统和车速-电流双闭环控制系统。
开环控制系统就是用加速踏板信号代表主控制器向IGBT模块输入PWM占空比信号，其特点是线路简
单、成本低，但是当电池电压参数变化时，没有自动调节作用，抗干扰能力差，起步加速和动力指示不高。
电流单闭环控制系统就是用加速踏板信号代表电机电枢电流，即电机的输出扭矩。电流单闭环车速控制系统的主要特点是响应时间短、控制准确，且具有自调节能力，但是此系统容易出现过流现象，可能导致电机或者控制器损坏。车速单闭环控制系统直接根据速度偏差计算需要的电压，在整个控制过程中不能精确地控制电机转矩。而双闭环控制系统则具有比较满意的动态性能，加速踏板位置直接代表驾驶员期望车速，直观便于理解，启动加速好、动力性好。
电动力系统中采用了“再生制动器”，它通过电动机的发电再次利用动能。电动机通常在通电后开始转动，但让外界力量带动电动机旋转时，它又可作为发电机来发电。因此，利用驱动轮的旋转力带动电动机发电给蓄电池充电的同时，又可利用发电时的电阻来减速。该系统在制动时与液压制动器同时控制再生制动器，完美的将原来在减速中作为摩擦热散失的动能回收为行驶用能量。城市中行驶时反复进行的调速操作具有较高的能量回收效果，所以在低速带优先使用再生制动器。例如，在城市中行驶100km，即可再生约1L汽油的能量。
5.预充满信号回路控制
预充电目的是在没有进行预充的情况下，主接触器吸合可能引起电流过大而烧结主接触器和击穿电容。
钥匙打到ON挡时，为缓解高压电池的冲击，电池管理器先吸合预充接触器控制继电器。来自动力电池的高压电经过预充接触器与两个并联的限流电阻，加载到母线正极上。驱动电机控制器检查母线正极上的电压达到动力电池额定电压的2/3时，向电池管理器反馈一个预充满信号。此后组合仪表OK灯点亮。从而电池管理器控制正极放电接触器控制器吸合，断开预充接触器控制器。预充满信号回路如图4所示。
如有故障用诊断仪检查预充情况显示预充失败，则可以检查电池管理器是否进行预充，先从电池管理器K05连接器后端引线，检查线束端子M33-25(钥匙ON挡)与车身正常值小于1V，
如果更换了电池管理器，可再检查高压电源电路。
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图4 预充满信号回路
6.驱动电机控制器故障码
驱动电机控制器故障码列于表1。
表1 驱动电机控制器故障码
四、DC-DC变换器
1.作用及参数
DC-DC变换器负责将电池316.8V高压电转换成12V电源。DC-DC变换器在主接触吸合时工作，输出的
12V电源供给整车用电器工作(包括EHPS电机)，并且在低压电池亏电时给低压电池充电。空调驱动器接收空调控制器信息来控制空调压缩机和PTC。
比亚迪E6的DC-DC变换器总成包含两个12VDC-DC 变换器，外部连接如图5所示。1号DC-DC变换器输入电压值为200～400V，输出为13.8V/100A，最大值为110A；2号D C -D C 变换器输入电压值为200～400V ，输出值为
13.8V/70A，最大值为100A。
(a)
(b)
图5 外部连接
2.工作原理
(1)预充完成时，DC-DC变换器开始工作(由于DC-DC变换器工作时需给电容充电，同时可能会导致预充失败，因此反复重启几次即可)。
(2)DC-DC变换器通过CAN接收正极接触器吸合信号，如
果收不到该信号会延迟5s启动(在有316.8V高压的情况下正常工作，DC故障警告灯不会报警)。DC-DC变换器的电路如图6所示，其检测正常值列于表2。
图6 DC-DC变换器的电路五、高压配电箱
高压配电箱通过继电器的吸合来控制电流通断、分流等，并以此实现对电池中巨大能量的控制。继电器为关键零部件，为了控制强大的电流通过整车，继电器需要多个进行并联工作才可办到，这也对继电器工作一致性和可靠性提出了苛刻要求，继电器
系统结构如图7所示，外部连接如图8所示，高压配电箱示意图如
图9所示。
宝马x6m报价图7 继电器系统结构图
图8 外部连接图
图9 高压配电箱示意图
高压配电箱终端诊断如图10所示，其测时值列于表3。
图10 高压配电箱端子
表3 测量值
六、电池管理单元
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1.作用
电池管理单元也称为电源管理器系统(Battery Management System，简称BMS)，它是电动汽车电池系统的参数测试及控制装置，具有安全预警与控制、剩余电量估算与指示、充放电能量管理与过程控制、信息处理与通讯等主要功能。电池管理单元端子测量值列于表4。
2.电源管理系统状态监测及电池故障诊断
电源管理系统可对电源系统的状态参数进行实时监控，较为重要的状态参数有SOC、总电池、每节电池温度值及漏电信号(通过对硬件信号的采样)等。SOC为电池荷电状态，电源管理器系统可在运行过程中采用电流积分的方法实现SOC的计算，并且还能实现对电池系统的故障诊断，其电池故障列于表5，故障码
列于表6。
表6 故障码
（未完待续）