文：李寅虎

大眾electric up!車型技術(shù)解讀

文：李寅虎

近幾年，隨著技術(shù)的成熟和政策的助推，消費者對純電動汽車的接受度也越來越高，相信在不遠的未來，純電動汽車也將成為汽車市場中重要的組成部分，但維修人員目前普遍對純電動汽車的技術(shù)特點缺乏了解。在此，本刊以大眾electric up!（以下簡稱e-up!）車型為例，為廣大讀者簡單講解電動汽車基本技術(shù)，希望能對大家有所幫助。

e-up!車型是大眾推出的首款純電動汽車，它基于大眾小型汽車up!打造。除了采用完全不同的動力系統(tǒng)外，e-up!車型在車身結(jié)構(gòu)、空調(diào)系統(tǒng)、制動及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等方面，均與普通up!車型有或多或少的不同。接下來我們將為您逐一解讀。

一、高壓系統(tǒng)

e-up!車型的高壓系統(tǒng)包括一個三相交流驅(qū)動電機（VX54）、2擋變速器（0CZ）、功率控制裝置JX1、高壓蓄電池（AX2）及充電插座等，這些組件的安裝位置如圖1。

1.三相驅(qū)動電機總成（VX54）

驅(qū)動電機總成中包括了牽引電機（V141）、電機溫度傳感器（G712）、電機轉(zhuǎn)子位置傳感器（G713）。鋁合金殼體上設(shè)置有冷卻液接口和三相電源接口（圖2）。牽引電機（V141）最大功率為60 kW，最大扭矩為210 N·m，最大轉(zhuǎn)速為1.2萬r/min（圖3）。電機定子的每個相位包括5個線圈，轉(zhuǎn)子包括5個磁極對，由此產(chǎn)生出色的響應(yīng)特性和高效率。該電機在不提供牽引力時，還具有發(fā)電機的功能。

圖1 高壓系統(tǒng)組成

圖2 電機結(jié)構(gòu)

圖3 電機輸出功率及扭矩圖

電機溫度傳感器（G712）是一個負溫度系數(shù)傳感器，用來監(jiān)測定子內(nèi)的線圈溫度，并與功率控制裝置（JX1）直接連接。當核心溫度超出150℃時，系統(tǒng)將限制功率輸出，直至完全關(guān)閉牽引電機（V141）。電機轉(zhuǎn)子位置傳感器（G713）位于三相驅(qū)動電機總成（VX54）的右上方，同樣與功率控制裝置（JX1）直接連接。如果這2個傳感器失靈，車輛將無法行駛。

2.高壓蓄電池（AX2）

高壓蓄電池（圖4）為車輛行駛提供電能，它由204個鋰離子電池組組成，額定電壓374 V，容量50 A·h，標稱能量18.7 kW·h，總質(zhì)量230 kg。高壓蓄電池安裝在車輛底板上，可以獲得更低的重心和出色的重量分配，其工作溫度為-30～50℃，超出這一溫度范圍會造成功率下降甚至完全切斷。

高壓蓄電池為防水型設(shè)計，外部采用了密封結(jié)構(gòu)，打開保養(yǎng)蓋才可以接觸到蓄電池電量管理控制單元（J840）。高壓蓄電池的殼體分為上、下兩部分，上半部殼體為塑料材質(zhì)，為了保證電磁兼容性而包有一層鋁，并且其中還包含有穩(wěn)壓元件。下半部殼體為金屬材質(zhì)，其中包括了電池組固定導(dǎo)軌和碰撞橫梁。兩部分殼體采用螺栓連接和粘接的方式連接到一起，進行了密封性檢查，以確保不會出現(xiàn)水或氣體泄漏的情況。通過與車輛相連的2條接地連接，實現(xiàn)殼體對車輛的電位均衡。

蓄電池模塊監(jiān)控控制單元（J497）負責(zé)監(jiān)控各個電池組的電壓、溫度和充電狀態(tài)，并將所有信息都發(fā)送到蓄電池電量管理控制單元（J840）。對充電狀態(tài)的控制尤其重要，當所有電池組都具有相同的充電狀態(tài)時，高壓蓄電池才能達到最大容量。J497會將已充滿的電池組的電量釋放到內(nèi)部電阻上，以使所有電池組具有相同的電壓水平。

圖4 高壓蓄電池

3.功率控制裝置（JX1）

功率控制裝置用于控制高壓蓄電池（AX2）到三相驅(qū)動電機總成（VX54）之間的能量流，同時也可以為12 V車載電網(wǎng)蓄電池供電。該裝置安裝在發(fā)動機艙內(nèi)的右前方。

4.變速器（0CZ）

e-up!配備了一個2擋變速器（圖5），其2個擋位的傳動比分別為1.577（主動齒輪26齒、從動齒輪41齒）和5.176（主動齒輪17齒、從動齒輪88齒）。該變速器的最大輸入扭矩210 N·m，最大輸入轉(zhuǎn)速1.2萬r/min，在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能夠保持低噪聲。變速器的潤滑油容量為0.7 L，含油在內(nèi)的總重約16.3 kg。變速器和三相驅(qū)動電機總成（VX54）構(gòu)成了一個整體，其總質(zhì)量約為76 kg。

圖5 變速器

5.冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)（圖6）由發(fā)動機控制單元（J623）進行監(jiān)控和調(diào)節(jié)，用來對三相驅(qū)動電機總成（VX54）、高壓蓄電池充電器（AX4）及功率控制裝置（JX1）進行冷卻，防止過高的溫度使敏感部件受損。冷卻液的最高溫度為65℃。

圖6 冷卻系統(tǒng)

6.充電方式

e-up!車型配備了2種充電接口，因此可使用2種方式充電，即交流（AC）充電和直流（DC）充電。但實際上，充電時為高壓蓄電池加載的都是直流電。如果使用交流電充電，系統(tǒng)會使用發(fā)動機艙內(nèi)的高壓蓄電池充電器（AX4）將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并且它會將充電功率限制在3.6 kW以下。如果使用直流電充電，則是通過高壓蓄電池充電裝置接口（U34）直接充電，最高功率可達50 kW。

圖7 車載網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

圖8 組合儀表

二、電氣系統(tǒng)

1.車載網(wǎng)絡(luò)

e-up!車型車載網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖7所示。由于驅(qū)動系統(tǒng)控制單元的數(shù)量有所增加，因此e-up!在驅(qū)動系統(tǒng)CAN數(shù)據(jù)總線之外，額外采用了混合動力系統(tǒng)CAN數(shù)據(jù)總線。但混合動力系統(tǒng)CAN數(shù)據(jù)總線并沒有連接網(wǎng)關(guān)，屬于子總線，僅用于各個高壓組件之間的通訊。

此外，e-up!車型的組合儀表與普通的up!車型不同，它通過自己的組合儀表CAN數(shù)據(jù)總線與車輛網(wǎng)絡(luò)相連。

為增加e-up!的防盜功能，已經(jīng)將所有的防盜鎖止系統(tǒng)元件從第4代升級到第5代。防盜鎖止系統(tǒng)控制單元J362集成在組合儀表控制單元J285中，形成主單元，可以控制防盜鎖止系統(tǒng)的副單元。

2.組合儀表

e-up!的組合儀表基于甲殼蟲車型的Highline型組合儀表，但是對顯示儀表和多功能顯示屏（MFA）進行了專門改動。除了中間的模擬式車速顯示器之外，蓄電池充電狀態(tài)和百分比功率顯示（電力表）也采用模擬式顯示。多功能顯示屏中的“READY”表示行駛準備就緒狀態(tài)，此外還可顯示以下信息：行駛里程、瞬間耗電量、平均耗電量、充電過程信息、駕駛模式選擇及目前可用的功率（圖8）。

三、車身與底盤

1.車身結(jié)構(gòu)

e-up!的車身主要尺寸參數(shù)如圖9所示。從up!到e-up!的發(fā)展也對車身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了影響，為了安裝高壓蓄電池，車輛底板中部以及內(nèi)板進行了重新開發(fā)，以便為高壓蓄電池創(chuàng)造空間。由于對碰撞安全的極高要求，因此車身增加了熱變形部件的使用比例（圖10），并且?guī)缀涡螤詈筒牧腺|(zhì)量也有所變化。例如，由于特殊的碰撞要求，B柱內(nèi)部獨立部件的幾何形狀和材料均進行了改進，以獲得更高強度。為避免受到腐蝕和碰撞損壞，e-up!還裝配了一個底板護板，該護板安裝在高壓蓄電池下半部殼體和縱梁上。

圖9 車身尺寸參數(shù)

2.懸架、轉(zhuǎn)向及制動系統(tǒng)

e-up!的前懸架為麥弗遜結(jié)構(gòu)，后懸架為扭力梁結(jié)構(gòu)，前輪采用盤式制動器，后輪采用鼓式制動器，這些均與普通版up!相同。所不同的是，由于e-up!沒有傳統(tǒng)的內(nèi)燃機，無法提供真空助力，因此采用了電子機械式制動助力器，并配備了制動系統(tǒng)蓄壓器。出于同樣的原因，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也采用了電控機械式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

圖10 車身材料

圖11 空調(diào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

3.聲學(xué)措施

為提升車內(nèi)人員的乘坐舒適性并降低變速器和周圍環(huán)境的噪聲傳入，工程師對車輛的聲學(xué)系統(tǒng)使用了一些額外的措施。這些措施在很大程度上是通過粘接隔音無紡布實現(xiàn)的，它們主要分布在兩大區(qū)域，即車尾噪聲區(qū)和前部車身。與普通up!車型相比，e-up!還增加了后輪罩內(nèi)板，并在前后輪罩內(nèi)板內(nèi)側(cè)粘接有消聲減振塊。

四、空調(diào)系統(tǒng)

純電動汽車的空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機有很大不同，以e-up!車型為例，其空調(diào)系統(tǒng)的主要部件包括電動空調(diào)壓縮機（V470）、高壓加熱裝置（Z115）和空調(diào)操作元件（EX21）。其控制網(wǎng)絡(luò)圖如圖11。

1.電動空調(diào)壓縮機（V470）

由于沒有燃油發(fā)動機為壓縮機提供動力，所以e-up!采用了電動空調(diào)壓縮機（圖12）。它安裝在電驅(qū)動裝置的右前方，額定電壓374 V，轉(zhuǎn)速800～8 600 r/min，功率消耗3.6 kW，工作溫度-10～120℃，質(zhì)量6 kg，使用LIN總線與空調(diào)控制單元J255通信。該壓縮機采用了渦旋式結(jié)構(gòu)設(shè)計，壓縮機由相互嚙合的一條固定螺旋線和一條旋轉(zhuǎn)螺旋線構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)的螺旋線通過電機的偏心輪驅(qū)動并以圓形軌跡轉(zhuǎn)動。通過這一偏心運動，螺旋線形成多個逐漸變小的腔室，制冷劑R134a在這些腔室中被壓縮。

圖12 電動空調(diào)壓縮機

圖13 高壓加熱裝置

圖14 電加熱風(fēng)擋玻璃

2.高壓加熱裝置（Z115）

同樣因為沒有燃油發(fā)動機提供廢熱的緣故，所以e-up!的暖風(fēng)系統(tǒng)使用高壓加熱裝置（圖13）來加熱回路中的冷卻液。該裝置的功率為5.5 kW，輸入電壓180～374 V，最大輸入電流30 A，通過一條高壓線與高壓電源相連，12 V接口則用來與空調(diào)控制單元J255進行通訊。

空調(diào)控制單元J255通過LIN總線對高壓加熱裝置進行控制，可在0～100%的范圍內(nèi)提供所需熱功率。冷卻液的輸入和輸出口各有一個溫度傳感器進行測量。高壓加熱裝置Z115具有3個加熱回路，加熱回路1和2通過脈寬調(diào)制信號（PWM）控制，加熱回路3根據(jù)設(shè)置的擋位完全打開或關(guān)閉。

3.可加熱的擋風(fēng)玻璃（Z2）

e-up!裝配有可加熱的擋風(fēng)玻璃（圖14），加熱絲的矩形分布可保證整個玻璃表面不會出現(xiàn)霧化。有2種方式可以啟動擋風(fēng)玻璃加熱裝置：通過加熱開關(guān)E180手動啟動，或者通過空調(diào)控制單元J255自動控制。擋風(fēng)玻璃四周沒有密封條，而是粘接到框架上。如果帶有滑動天窗，則框架的上部區(qū)域為唇形結(jié)構(gòu)。搭鐵帶通過螺栓安裝在車內(nèi)照明燈下方的車身搭鐵點上。