宝马X6 E72车高电压蓄电池单元由Robert BoschGmbH公司与BMW,Daimler和General Motors共同合作研发制造。高电压蓄电池单元包含高电压蓄电池本身、蓄电池控制模块(BCM)、电动机械式接触器、高电压导线接口、高电压安全连接器、冷却系统、通风装置等组件。
1高电压蓄电池单元的安装位置
高电压蓄电池单元安装在后座椅后的行李箱地板上(图1),通过4个固定螺栓与行李箱地板连接固定在一起。这些螺栓还能在高电压蓄电池单元壳体与搭铁之间起导电连接作用,用于补偿电位并执行绝缘监控功能,因此,固定螺栓、高电压蓄电池单元壳体上的开孔和螺纹套不允许喷漆或覆盖其他绝缘层。
2高电压蓄电池单元电路图及电气结构
高电压蓄电池单元的电路如图2所示,电气结构如图3所示。每列蓄电池电解槽都装有2个温度传感器,用于监控电解槽温度并根据需要调节冷却功率;蓄电池控制模块时刻监控各电解槽的电压,以避免各电解槽电量过低或过高;通过电流传感器测量和监控流入和流出高电压蓄电池的电流强度。在串联的蓄电池电解槽正中间接入了带高电流熔丝的高电压安全连接器,拉动高电压安全连接器或触发熔丝会使串联连接中断,使高电压蓄电池外部接口处不再存在任何电压;由蓄电池控制模块控制的电动机械式接触器的触点断开时高电压蓄电池外部接口处也不再存在任何电压。
3高压蓄电池单元的结构
3.1高电压蓄电池
高电压蓄电池是高电压系统的实际蓄能器,通过串联总共260个电解槽(每个电解槽额定电压为1.2 V)得到312 V的额定电压,有效电压范围在234 V~422 V,可存储能量为2.6 kWh,短时最大功率为57 kW。每10个电解槽组成一个模块,13个模块并排布置,构成一列,两列叠加布置,构成整个高电压蓄电池套件。它具有能量密度、充电电流和放电电流较高的特点,保证车辆在全混合动力驱动模式下实现较高的电功率。电解槽采用能确保持久耐用的镍氢蓄电池技术,用水稀释的氢氧化钾溶液作为电解液,这种液态电解液比较危险,但正常情况下,无论在车辆行驶过程中还是进行维修时电解液都不会溢出。高电压蓄电池单元壳体上的相关说明如图4所示。
3.2蓄电池控制模块
蓄电池控制模块(BCM)安装在高电压蓄电池单元内部,从外部无法接触到。BCM负责控制冷却循环回路,确定高电压蓄电池的充电状态(SOC)和老化状态(SOH),确定以及根据需要限制高电压蓄电池的可用功率,由混合动力主控控制模块根据要求控制高电压系统的启动和关闭、安全功能(例如高电压接触监控),监控蓄电池电解槽的电压和温度及电流强度、向混合动力主控控制模块传输故障状态等。蓄电池控制模块自身没有故障代码存储器,蓄电池控制模块发现故障后通过混合动力CAN传输给混合动力主控控制模块,在混合动力主控控制模块内存储高电压蓄电池相关故障。
高电压蓄电池单元内部的BCM电气接口有2个连接器,一个用于低电压导线,一个用于高电压导线。BCM的重要信号和导线有:自身12V供电(总线端30g和31,分别用于控制装置和冷却液泵,连自安全型蓄电池接线柱的总线端30,用于电动机械式接触器供电);混合动力CAN和唤醒导线;高电压导线;电动机械式接触器控制和读取;蓄电池电解槽温度信号(共有4个温度传感器);冷却液温度信号;冷却液泵的供电和控制;高电压电路的电流传感器;高电压接触监控。
针对外部除高电压导线的连接接线柱外还有一个低电压导线连接器,在此连接12V供电、混合动力CAN,2个唤醒导线(连自混合动力接口模块)、用于接合/断开电动机械式接触器触点的控制信号(来自供电电控箱的PWM信号)和用于高电压接触监控的输送和回流导线。
3.3高电压接口
高电压蓄电池单元的高电压接口(图5)位于一个独立盖板下,需要对高电压接口进行操作时必须取下该盖板,此时会使盖板内的跨接线断开并使高电压接触监控电路断路。在高电压蓄电池单元的高电压接口上进行工作前必须使高电压系统断电并检查其断电状态,因此在取下高电压接口上方的盖板时必须短时拔出反向插入的高电压安全连接器。
高电压导线与高电压蓄电池单元间通过1个正极和1个负极螺栓端子实现电气连接,高电压导线的屏蔽层与高电压蓄电池单元壳体间的电气连接,是通过1个固定安装在蓄电池壳体内的带螺母的螺栓来实现的,该螺栓将1个金属夹压在2个高电压导线的屏蔽层上,同时,该螺栓连接还用作高电压导线的拉力卸载装置。
3.4高电压安全连接器
宝马E72车的高电压安全连接器安装在高电压蓄电池单元壳体上侧(图6a)。高电压安全连接器执行关闭高电压系统供电、防止重新接通、作为高电压蓄电池高电流熔丝的支架等多项任务。高电压安全连接器内的熔丝(图6b)直接插在串联连接的蓄电池电解槽之间,是个用橙色进行标记的高电压部件。
page_break]3.5冷却系统
为尽可能延长高电压蓄电池的使用寿命并获得最大功率,需在规定温度范围内使用蓄电池。在低温范围内,蓄电池电解槽充电或放电时的化学反应很慢,电荷载体的传输速度减慢,从而限制最大电流强度和最大功率,因此,在低温范围内,冷却系统处于停用状态。通过不断重复充电和放电循环使蓄电池电解槽内阻处产生热能,从而使电解槽温度升高。在中等温度范围内,蓄电池控制模块会有目的地限制蓄电池最大功率,从而尽可能地延长蓄电池使用寿命,此时,冷却系统处于启用状态,并尝试将电解槽温度维持在35℃~45℃的最佳范围内。在高温范围内,必须对高电压蓄电池进行强效冷却并大大降低蓄电池功率。如果电解槽温度较高便会导致蓄电池内压增高,此时通风阀必须打开,通风阀打开会造成少量电解液溢出,如果重复出现这种情况,会导致蓄电池迅速老化。
冷却系统工作时以液态冷却液作为冷却介质。冷却液流过蓄电池自身,从而有效排出多余热能。高电压蓄电池单元的冷却系统由高电压蓄电池单元内部和外部组件构成。高电压蓄电池单元内部的电动冷却液泵、冷却液补液罐(带有液位测量装置)、冷却液管路接口、高电压蓄电池单元内的冷却液管路和通道、冷却液温度传感器(在冷却液供给管路和回流管路内各有1个)、电解槽温度传感器(4个)、蓄电池控制模块(用于温度监控和冷却液泵控制)等组件属于冷却系统。如图7所示,高电压蓄电池单元内的冷却系统通过2个接口与冷却液管路(供给管路和回流管路)相连,进而与高电压蓄电池单元外部的冷却系统相连。高电压蓄电池单元外部的冷却系统拥有与制冷剂循环回路相连的独立冷却循环回路(图8)。冷却液循环回路与制冷剂循环回路间的连接回路如图9所示。
如果工作时打开了高电压蓄电池单元冷却循环回路,结束工作后必须对冷却循环回路进行通风。对制冷剂循环回路进行维修或更换冷却总成时必须严格遵守维修说明,必要时需要吸出制冷剂。
3.6高电压蓄电池的排气
镍氢蓄电池充电和放电时可能会产生气体,其中包含少量氢气,如果产生大量气体,就会打开高电压蓄电池单元内的通风阀(图10),以使气体通过通风软管向外排出。特别提醒:拆卸高电压蓄电池单元时必须将通风软管与其断开;安装高电压蓄电池时必须按规定将通风软管重新安装在高电压蓄电池单元上,否则,溢出气体可能会进入车内。