(六)DC/DC转换器
F18 PHEV电机一电子伺控系统中的DC/DC转换器在技术上能采取以下运行模式:
·待机(即使在发生组件故障或短路、功率控制装置关闭时)
向下转换(“Buck模式”:电流流向低压侧,转换器调节低压侧电压)
·高压中间电路放电(互锁故障、事故、主控单元请求)
电机-电子伺控系统不运行时,DC/DC转换器处于“待机”状态。当EME控制单元因端子状态而没有供电时,就是这种情况。但是,如果存在故障,EME控制单元也会促使DC/DC转换器采取“待机”运行模式。在这种运行模式中,两个车载网络之间绝对没有任何电能传递,两者的电流相互隔离。
“向下转换”运行模式另称为“Buck模式”,这是高压系统激活时的标准运行模式。DC/DC转换器将电能从高压车载网络传递到12V车载网络中,并且承担传统车辆中的发电机功能,如图25所示。为此,DC/DC转换器必须将高压车载网络的交流电压降为低压车载网络的电压。此时,高压车载网络中的电压取决于高压蓄电池的电量(约269~393V)等因素。
DC/DC转换器控制低压车载网络中的电压,使得12V蓄电池可以最佳充电,并且根据蓄电池的电量和温度将电压调整到约14V。DC/DC转换器的连续输出功率为2400W 。
F18 PHEV中的DC/DC转换器技术也能实现“向上转换”运行模式(“Boost模式”),就像F04中的DC/DC转换器。但是,在F18 PHEV中并不使用这种运行模式。因为这样就无法借助12V车载网络中的电能给F18 PHEV的高压蓄电池充电。
高压系统(正常或快速)关闭时,DC/DC转换器采取上一次的运行模式。高压系统关闭时,必须在5s内放电到60V以下的安全电压。出于这个目的,DC/DC转换器包含一个中间电路电容器的放电电路。放电电路首先尝试将存储在中间电路电容器中的电能传递到低压车载网络中。如果这样并未导致电压下降足够快,就通过一个主动连接的电阻放电。通过这种方式,在短短5s内就可以给高压车载网络放电。出于安全考虑,此外还有一个永久并联的放电电阻,即被动放电电阻。如果前两项放电措施因故障而不起作用,该电阻本身仍能使高压车载网络可靠放电。但电压降到60V以下的放电时间会比较长,最长可达120s,如图26所示。
借助一个温度传感器测量DC/DC转换器的温度,并且由EME控制单元监控该温度。尽管使用冷却液冷却,但如果温度仍超出允许范围,EME控制单元为保护组件而就会降低DC/DC转换器的功率。
(七)用于控制电机的功率控制装置
用于控制电机的功率控制装置主要由双向DC/AC转换器构成。这是带一个2芯直流电压接口和一个三相交流电压接口的脉冲倒相器。该DC/AC转换器可作为逆变器工作,此时如果要将电机作为发动机工作,就将电能从高压蓄电池传递到电机。
DC/AC转换器也能作为整流器工作,将电能从电机传递到高压蓄电池。这种运行模式出现在制动能量回收中,此时电机作为发电机工作并产生电能,如图27所示。
DC/AC转换器的运行模式由EME控制单元决定。为此,EME控制单元从DEM控制单元接收电机要提供的扭矩(数值和正负号)的标准值,这是一个主要输入端参数。EME控制单元根据这个标准值和电机的当前运行状态(转速和扭矩)确定DC/AC转换器的运行模式以及电机相电压的振幅和频率。根据这些规定值按节拍控制DC/AC转换器的功率半导体。
除了DC/AC转换器,功率控制装置还包括DC/AC转换器交流电压侧所有3个相位中的电流传感器。EME控制单元借助电流传感器的信号监控功率控制装置和电机中转换的电功率以及由电机产生的扭矩。通过电流传感器和电机转子位置传感器的信号,电机-电子伺控系统调节回路闭合。
在设计开发中将电机-电子伺控系统和电机的性能数据进行了相互匹配。这样,电机一电子伺控系统能持续提供40kW的电功率以及70kW的瞬时最大功率。为了避免功率控制装置过载,DC/AC转换器上还另有一个温度传感器。如果根据该传感器信号识别到功率半导体温度过高,EW控制单元就减小提供给电机的功率,以保护功率控制装置。
(八)高压电源管理
高压车载网络的电源管理包含两个子功能:一个用于行驶模式,另一个用于充电模式。
在行驶模式中协调从高压蓄电池至高压用电器的电流,而在能量回收期间则协调至高压蓄电池的电流。为此,EME控制单元执行以下查询步骤并一直重复:
(1)查询高压蓄电池的可用功率(信号提供:SME)。
(2)查询高压蓄电池可接收的功率(信号提供:SME)。
(3)查询电驱动装置请求的驱动或制动功率(信号源:DME)。
(4)查询用于空气调节(电加热装置、电动制冷压缩机、自动恒温空调)的请求功率。
(5)决定电功率的分配与用电器控制单元通信。
高压电源管理在充电模式中还有另一个任务:控制来自车辆外部通过EME输送至高压蓄电池以及可能输送至电加热装置或电动制冷压缩机的电流。这个在EME中不断重复的过程由以下几个步骤组成:
(1)查询外部可用功率(信号源:LIM)。
(2)查询高压蓄电池可接收的功率(SME)。
(3)查询空气调节所需的功率(IHKA)。
(4)请求EME所需功率。
(5)与高压蓄电池接收器(SME控制单元乏和空气调节系统接收器(冷暖空调控制单元)通信,告知可用部分功率。
外部可用功率的大小不是任意的,而是受到电力网络和EME的限制。因此必须先查询可用功率,然后才进行分配。高压蓄电池无法接收任意数量的功率,例如要视蓄电池电量而定,因此同样必须先查询该数值。根据高压蓄电池的温度或驾驶员的空气调节请求,空气调节系统也需要电功率。在充电模式中,这个电功率的大小是高压电源管理系统第三重要的输入信号。系统利用这些信息控制来自外部的请求功率并将其分配给用电器。