捷豹I-PACE纯电动汽车电力驱动系统（二）

计实

二、高压部件与高压电气分配

1．蓄电池充电控制模块（BCCM）

蓄电池充电控制模块（BCCM）位于前舱内，如图14所示。BCCM的作用是控制电动车（EV）蓄电池充电。BCCM可以连接到高压（HV）交流（AC）外部电源，或HV直流（DC）外部电源。使用HVAC 外部电源时，电源经过整流为HVDC，为电动车（EV）蓄电池充电，BCCM同时控制电动车（EV）蓄电池的充电速率。当车辆连接至HVDC 外部电源时，可直接用外部HVDC为EV蓄电池充电，接线车载充电模块仅控制充电速率。

┃ 图14 蓄电池充电控制模块（BCCM）

BCCM、BECM和PCM之间的通信是通过电源模式0高速（HS）CAN进行。当车辆处于电源模式0时，BCCM和BECM之间进行通信以确保监测HV蓄电池充电率和模块温度。BCCM通过电动驱动冷却液系统进行冷却。电动驱动冷却系统中带有一个电动驱动冷却液泵，由动力传动系统控制模块（PCM）控制循环电动驱动冷却液。进口管和出口管连接到电动驱动冷却系统，以便电力驱动冷却液循环流过接线车载充电模块。

2．直流/直流（DC/DC）转换器

┃ 图15 直流/直流（DC/DC）转换器

直流/直流（DC/DC）转换器位于前舱内的BCCM 上方，如图15所示。DC/DC 转换器将来自 EV 蓄电池的高压（HV）直流（DC）电源转换成 12V直流电供所有12V车辆系统和蓄电池使用。此直流电为启动蓄电池、辅助蓄电池充电，以及为所有12V部件供电。 DC/DC 转换器的输出约为 14V。这个设定值由BCM/GWM提供给直流-直流转换器，该数值基于监测到的车辆启动蓄电池的温度和电压。直流-直流转换器已经取代了传统的发电机充电功能。直流/直流转换器并不能将12V电压转换为高压来为HV蓄电池充电。HV电路和低压电路通过“电流隔离”进行相互隔离。这可防止HV和低压电路连接在一起。DC/DC 转换器有 2 个电驱动冷却液连接以提供冷却。电驱动冷却液的流量由 PCM 进行控制。 PCM控制电子驱动冷却液泵，以根据冷却要求调节电子驱动冷却液的流量。来自BCM/GWM 的通信将会通过HS CAN 电源模式0 系统总线发送充电负载请求，直流/直流转换器将会生成正确的输出电压以匹配车辆负载请求。在下列场景中，直流/直流转换器可能会被禁用：

◆温度过高

◆HV系统电压过高或过低

◆12V系统电压过高或过低

◆电流过高

◆ CAN 信号不正确

3．高压冷却液加热器（HVCH）

I-PACE 上安装了一个7kW高压冷却液加热器（HVCH）。HVCH位于前舱内，在HVJB 后面，如图16所示。它用于根据BECM或供暖、通风和空调（HVAC）模块的请求对座舱或HV蓄电池进行加热。HVCH 的控制通过电源模式0 HS CAN系统来实现，因为BCCM可以指令加热以确保HV蓄电池处于最佳充电温度。HVCH集成在座舱加热回路中，它通过热交换器将产生的热量传递至座舱。HVJB中有一个用于电路保护的保险丝，它是不可更换的。

HV内部加热器接收到来自电动车蓄电池的高压直流（DC）电源。由自动温控模块（ATCM）通过局域互联网络（LIN）控制。HV内部加热器具有以下低压电气连接：

┃ 图16 高压冷却液加热器（HVCH）

◆ 来自自动温控模块（ATCM）的局域互联网络（LIN）

◆ 来自 ATCM 的电源

◆ 连接到蓄电池电量控制模块（BECM）的HV互锁回路（2个）

热量输出由ATCM根据对集成控制面板（ICP）、BECM和后集成控制面板（RICP）（如已配备）的加热请求进行控制。当外部电源连接到车辆为 EV 蓄电池充电时，HV内部加热器可用于为EV蓄电池温度控制系统提供热量。在充电之前和充电期间可提供来自HV内部加热器的热量。当EV蓄电池充电时，HV内部加热器的电源由外部电源供电。

4．电动空调（EAC）压缩机

EAC 压缩机位于前EDU的后面，是一个三相变速涡旋式压缩机，如图17所示。电动空调（EAC）压缩机由一个高压（HV）电机总成驱动，其内部有一个逆变器，用于将HV蓄电池提供的DC输入电压转换为三相交流（AC）电源以驱动电机。该电路由位于HVJB内的一个不可更换的保险丝提供电源和保护。压缩机通过SPA2机油进行润滑。为防止A/C系统承受过大的压力，在电动A/C压缩机出口侧安装了一个泄压阀（PRV）。 PRV将过大的压力排放到前舱中。通过改变电机转速，可改变电动空调压缩机的排量，这由自动温控模块（ATCM）进行控制。ATCM控制电动A/C压缩机的转速，以匹配A/C系统的热负载和其他因素。ATCM 通过局域互联网络（LIN）控制电动A/C压缩机的操作。

┃ 图17 电动空调（EAC）压缩机

5．逆变器和电力驱动单元（EDU）

逆变器也称电力变频转换器（EPIC）。I-PACE配有两个逆变器，一个控制前电动驱动单元（EDU），另一个控制后电动驱动单元（EDU）。两个EPIC均位于对应的前后EDU的正上方，EDU和前逆变器如图18所示，EDU和后逆变器如图19所示。

前、后 EPIC由动力传动系统控制模块（PCM）控制。 PCM通过FlexRay与前部和后部 EPIC进行通信。PCM控制EPIC以在电机与发电机之间改变 EDU 的操作。当 EDU作为电机运行时，HV蓄电池提供电源。EPIC通过HV三相AC电缆提供交流电（AC）。AC的相位根据来自EDU的所需扭矩以及来自3个集成EDU位置传感器的信号而发生变化。当EDU作为发电机运行以提供再生制动时，EDU向EPIC提供HV三相AC。EPIC将AC整流为直流电（DC）并调节电压，从而为HV蓄电池充电，HV蓄电池存储电能。前部和后部 EPIC连接到电力驱动冷却系统。电子驱动冷却液的流量由PCM进行控制。EPIC具有4个电气接头，分别为：

┃ 图18 EDU 和前逆变器

┃ 图19 EDU 和后逆变器

◆ 至EV蓄电池的HVDC接头

◆ 至EDU的HV三相AC接头

◆ 电气等电位连接电缆

◆ 12 V系统和EDU控制的主接线线束接头

辅助蓄电池通过右前接线盒（FJB）为前EPIC提供低压12V电源。启动蓄电池通过左FJB 为后EPIC提供低压12V电源。如果更换了前部或后部电动驱动单元（EDU），则必须将EDU 旋转分解器角度输入到各自的前部或后部电力变频转换器（EPIC）中。旋转分解器角度印在 EDU的标签上。使用Jaguar Land Rover（JLR）认可的诊断设备将旋转分解器角度输入到各自的 EPIC中。这样可确保EPIC和EDU高效地工作。

6．高压接线盒（HVJB）与高压电气分配

┃ 图20 高压接线盒（HVJB）

高压接线盒（HVJB）在BCCM的正后方，如图20所示。高压接线盒（HVJB）接收来自高压（HV）蓄电池的HV电源，并将电力分配给辅助HV部件。当车辆连接至市电电源进行充电时，HVJB 还会接收来自BCCM的电源，它会将来自BCCM的输入电压引导至HV蓄电池。HVJB含有HV系统部件的保险丝。注意：HVJB中的保险丝不可更换。由HVJB供电的部件及其保险丝额定值：

◆直流/直流转换器30 A

◆ HVCH为40 A

◆ EAC 压缩机30A

7．高压电气分配

高压电气分配如图21所示。I-PACE上的HV电路由HV部件组成，这些部件由一系列橙黄色的HV电缆连接在一起。来自HV蓄电池的HV电力直接供应至前后逆变器以及HVJB。在驾驶模式下，逆变器将HV直流电力输送至EDU；在再生制动过程中，逆变器将会接收三相电流。HVJB负责向HVCH、直流/直流转换器和EAC压缩机供应HV电力。该电路由一组不可维修的保险丝提供保护。HV蓄电池中内置了两个保险丝，一个用于电动驱动系统，一个用于向HVJB供电的辅助电路。HVJB 中有三个附加的保险丝，它们负责保护对应的部件，这些保险丝不可更换。

┃ 图21 高压电气分配

┃ 图22 电动驱动单元

三、电动驱动单元（EDU）

1．电动驱动单元（EDU）概述

I-PACE由两个永磁同步电动驱动单元（EDU）驱动，它们分别位于前后轴上，如图22所示。每个单元都带有一个单速行星齿轮组变速器和一个以同心方式安装在电机上的开放式差速器。每个车轮都通过一个半轴连接至变速器，因此提供了四轮驱动（AWD）能力。EDU 通过每个电机提供的348N·m扭矩和147kW功率。两个电机的综合输出可提供696N·m的瞬时扭矩。每个电机分别连接到一个逆变器。逆变器控制电机的操作以响应节气门和制动输入。EDU上的唯一可维修的项目是变速器油封和半轴油封。

前后EDU都连接至电动驱动冷却液回路。每个EDU都有一个用于监测单元温度的传感器，该传感器以硬接线方式连接至相关逆变器。EDU温度数据通过FlexRay信号被发送至PCM。每个EDU都有多个通风软管连接。前EDU有两个通风软管连接，后EDU有三个通风软管连接。这些通风软管都连接至大气，以防止该单元内的压力或真空升高。EDU由噪声、振动、不平顺性（NVH）材料进行封闭，以减少从该单元至车辆的NVH 传递。前EDU NVH 材料也将空调（AC）压缩机覆盖在内。后EDU NVH 材料也将逆变器覆盖在内。

如果更换了EDU 或逆变器，则需要使用Jaguar Land Rover（JLR）认可的诊断设备进行重新校准。该流程将会校准旋转分解器环位置，以便确定来自逆变器的高压三相AC的相位，从而实现最高性能。每个EDU上都贴了产品标签，标签上注明了完成校准流程所需的数据。

2．永磁同步电机

┃ 图23 永磁同步电机

I-PACE上安装了2个永磁同步电机。如图23所示，使用了配备永磁铁的转子，永磁铁与定子绕组处产生的电磁场同步。通过按照逐渐改变每个绕组极性的顺序向定子绕组上施加三相交流（AC），定子周围将会产生旋转的电磁场。转子位置与这个旋转的电磁场保持一致，从而吸引转子磁铁的磁场，导致转子转动。当转子和旋转的定子磁场完全同步时，转子的输出速度与施加到定子绕组上的AC 频率成一致。在这种情况下，电机功率输出达到最大。当电磁场绕着定子旋转时，转子的位置将会与其相匹配。变速器的输入齿轮直接安装到转子上。

┃ 图24 定子-转子的相位关系

图24展示了简单永磁同步电机顺时针转动的旋转情况。施加到定子绕组上的三相AC 受到控制，因此能够从一套绕组旋转到下一套绕组，转子遵照相同的速率旋转。施加到定子绕组上的电流的大小和相位与电机的扭矩输出成比例，因此需要进行精确控制才能实现电机的效率。旋转分解器环位置传感器用于准确检测转子相对于旋转电磁场的速度和位置，以便全面控制电机输出。旋转分解器输出直接被供应至逆变器。然后，逆变器在定子线圈上施加正确的频率和电压，以确保电机的扭矩输出与PCM 发送的扭矩请求相匹配。逆变器也使用位置信息来确保转子始终与旋转磁场保持同步。

当转子的磁场滞后于定子的旋转磁场时，随着永久磁铁持续尝试“赶上”定子的旋转磁场，电机将会产生驱动扭矩。AC输入的正时相对于转子的位置提前，输入的提前量越大，产生的扭矩也就越大。但是，AC输入过于提前将会导致磁场脱离同步状态，电机将会停转。

AC输入的正时也可以相对于转子的位置滞后。旋转磁场试图往相反的方向拉动转子，产生可调节的制动扭矩。当制动的动能转换为电能时，电机将会变为发电机。随着转子绕着定子转动，转子的磁场将会穿过定子绕组，从而感生出三相AC。转子的速度和定子线圈的磁场强度与发电机输出成正比。

3．电动驱动单元（EDU）操作

每个电动驱动单元（EDU）操作的操作都由其所附的逆变器根据来自动力传动系统控制模块（PCM）的扭矩请求指令进行控制。逆变器根据需要在电机和发电机两个角色之间切换EDU 的操作。当EDU作为电机工作时，逆变器接收来自HV蓄电池的直流（DC）电源，然后将其转换为三相交流电（AC）。高压AC被施加到电机中的三相定子绕组。来自旋转分解器环位置传感器的数据用于控制HV三相AC的相位。根据来自PCM的扭矩请求指令，逆变器确定施加到EDU上的HV三相AC的相位（如同步电机操作部分中所述）。逆变器和PCM通过FlexRay总线网络进行通信。

当处于再生制动模式时，EDU产生三相AC以供应至逆变器（如同步电机操作部分中所述）。逆变器会将AC整流为DC并调节电压，以便向高压蓄电池充电。逆变器控制在再生制动期间回收的电能以及对前后轮施加的制动效果。PCM通过FlexRay总线网络将来自每个EDU 的所需制动力数据发送至逆变器。

再生制动有两个级别：

（1）超速：当驾驶员将脚从加速器踏板上抬起时，逆变器会将电机的操作更改为发电机，并产生电磁制动（负）扭矩。PCM将会基于EDU和蓄电池容量向ABS控制模块发送有多少负扭矩可用于再生制动的计算值。ABS模块将会计算前后轮所需的制动量，然后通过FlexRay总线网络将此数值发送至PCM。然后，PCM将会通过每个EDU所对应的逆变器向EDU发送所需负扭矩的请求，以便维持恒定的减速度。

（2）制动踏板：当踩下制动踏板并且所需的制动力高于0．2g 时，PCM将会基于EDU和蓄电池容量向ABS控制模块发送有多少负扭矩可用于再生制动的计算值。ABS模块将会计算前后轮所需的制动偏差，然后通过FlexRay总线网络将此数值发送至PCM。然后，在将实现请求的制动水平所需的来自ABS控制模块的液压制动力考虑在内的情况下，PCM 将会通过每个EDU所对应的逆变器向EDU发送所需负扭矩的请求。

注意：超速时，驾驶员可以从触摸屏菜单中选择两种再生制动力模式：高（最高为0．2g 制动力）和低（最高为0．07g制动力）。这就允许驾驶员控制松开加速器踏板时产生的负扭矩量。在驾驶时可以选择这些模式，并且可以在两者之间平稳过渡。例如，当车辆滑行下坡且未踩下加速器踏板时，驾驶员可以选择高水平再生制动，以便更多地控制车辆下坡速度。

┃ 图25 EDU内部部件

4．EDU变速器部件

EDU内部部件如图25所示，变速器如图26所示，EDU功率-扭矩曲线如图27所示。每个EDU都含有一个带开放式差速器的单速行星齿轮变速器。该变速器降低了电机输出转速，同时增加了向从动轮输出的扭矩量。前后EDU 之间的扭矩分配由PCM进行控制，并且基于车辆动态性能和稳定性，以便防止出现过度转向、转向不足、车轮打滑等。当从静止状态加速时，电机输出可在2s内升高至160kW，同时后轴将会输出更多的扭矩，以便充分利用车辆后部的较高抓地性。但是，可能会存在来自底盘输入的干预。例如，当在低摩擦路面上从静止状态起步时，车辆会将扭矩偏置从后轴调节至前部，以便获得最高的抓地性。当车辆以低于80km/h的速度巡航时，后轴将会获得优先级来帮助降低座舱内的噪声级。当车辆以较高的速度巡航时，每个EDU之间的扭矩分配几乎都始终保持在50%。在急加速期间，为了使用每个单元的全部可用功率/扭矩，扭矩分配也为50%。两个EDU之间的扭矩偏置将会持续得到调整，以便针对驾驶条件提供最高的抓地性。

┃ 图26 EDU变速器

┃ 图27 EDU功率-扭矩曲线

注意： I-PACE 具有一个驾驶爬行模式，驾驶员能够从触摸屏菜单中选择该模式。在选择后，该模式将允许车辆在驾驶员松开制动踏板时轻微地向前移动，就像传统的自动变速器一样。只有在变速器处于驻车挡时才能打开或关闭该模式。

四、驻车锁执行器

1．驻车锁执行器

驻车锁执行器位于前EDU的左后侧，位置如图28所示，内部操作示意图如图29所示。安装在EDU壳体内部的一个锁定爪由一根弹簧固定在分离位置。选择驻车挡后，执行器操作会导致锁定爪啮合到EDU输出装置上的齿圈中，以机械方式将该装置锁定到位。变速器换挡旋钮（TCS）有4个开关，分别用于前进挡D、空挡N、倒车挡R和驻车挡P。驾驶员选择TCS上的“D”“N”或“R”挡后，PCM 将会自动释放驻车锁。来自TCS的信号通过高速（HS）控制器局域网（CAN）电源模式0系统总线发送至PCM。PCM会将一个PWM信号发送至驻车锁执行器和前逆变器，以执行相应的操作。

┃ 图28 驻车锁执行器

┃ 图29 驻车锁执行器内部操作示意图

（待续）