深圳技師學院 李清明

2 高壓電控總成的工作原理

2.1 高壓安全保護

（1）碰撞斷高壓電保護。如果車輛發(fā)生碰撞，BMS接收到安全氣囊展開信號后，通過斷開系統(tǒng)主接觸器來切斷高壓電。

（2）漏電斷高壓電保護。漏電傳感器主要監(jiān)測與高壓電池相連接的正極母線或負極母線與車身底盤間的絕緣電阻，來判定高壓系統(tǒng)是否存在漏電。漏電傳感器將漏電數(shù)據(jù)信息通過CAN通訊發(fā)送給BMS和VTOG控制器，然后采取相應保護措施。漏電判定及措施見表1所列。

（3）高壓互鎖保護。高壓互鎖保護分為結構互鎖和功能互鎖兩部分。結構互鎖是指車輛的主要高壓連接器均帶有互鎖回路（圖13），當其中某個連接器帶電斷開時，BMS便會檢測到高壓互鎖回路存在斷路，為保護人員安全，將立即進行報警并斷開主高壓回路電氣連接，同時激活主動泄放。功能互鎖是指當車輛進行充電或插充電槍時，高壓電控系統(tǒng)會限制車輛不能通過自身驅動系統(tǒng)進行驅動，以防發(fā)生安全事故。

2015年產比亞迪e5車沒有安裝維修開關，2015年后產的比亞迪e5車安裝維修開關，其高壓互鎖電路示意圖如圖14所示。

表1 漏電判定及措施

圖13 高壓連接器的互鎖保護

圖14 2015年后產的比亞迪e5車高壓互鎖電路示意圖

安裝維修開關的高壓互鎖回路依次將BMS的端子BK45（A）/1、PTC模塊的端子B52/1和端子B52/2、高壓電控總成的端子B28（B）/22和端子B28（B）/23、高壓電池包的端子KxK51/29和端子KxK51/30、BMS的端子BK45（B）/7串聯(lián)起來。高壓電控總成的高壓互鎖回路經母線“-”連接器、母線“+”連接器、PTC線束連接器、空調壓縮機線束連接器依次串接起來。

（4）主動泄放保護。5 s內把預充電容電壓降低到≤60 V，迅速釋放危險電能，主動泄放模塊的泄放電阻為7.5 Ω。

（5）被動泄放保護。2 min內把預充電容電壓降低到≤60 V，被動泄放是主動泄放失效的二重保護。被動泄放電阻（75 kΩ）直接接于660 μF高壓電容器正負極兩端，上電后一直處于耗電狀態(tài)，但電流很小，損耗可忽略不計。

2.2 上電過程

車身控制模塊（MICU）采集到“制動踏板”與“起動按鈕”命令后，由VTOG控制器與無鑰匙系統(tǒng)模塊（Keyless-ECU）進行防盜認證，認證成功后吸合IG1繼電器并發(fā)送“起動開始”報文，通過網(wǎng)關發(fā)送給VTOG控制器和BMS。BMS得電且收到報文后，BMS先吸合預充接觸器并進行自檢，檢查是否存在嚴重欠壓、嚴重過壓、嚴重漏電、嚴重過溫、接觸器燒結、高壓互鎖鎖止等異常情況，如果檢測存在異常情況則上電失敗，如果未檢測到異常情況，則吸合負極接觸器，高壓電池的高壓電經過與預充接觸器串聯(lián)的限流電阻加載到VTOG控制器母線上，然后判斷預充是否成功。VTOG控制器檢測到母線上的電壓達到高壓電池額定電壓的設定值時，通過CAN通訊向BMS反饋預充滿信號，如果不預充直接接通接觸器，由于母線電容在通電瞬間相當于短路狀態(tài)，會使過大電流流過接觸器，因而可能產生接觸器燒結等不良后果，當無嚴重漏電信號、直流母線電壓達到設定值且直流低壓系統(tǒng)無低壓警告時，BMS判定預充成功，BMS控制主接觸器吸合，斷開預充接觸器，點亮OK燈，上電成功。

2.3 驅動電機時的原理

比亞迪e5車的高壓電控總成有多種版本，根據(jù)年款等有所變化，分原版高壓電控總成與簡版高壓電控總成。

比亞迪的漏電傳感器有2種，一種接于正極，一種接于負極，兩者不可互換。驅動電機時，3個電機接觸器閉合，高壓電經IGBT逆變橋（6個絕緣柵雙極晶體管在ON和OFF間切換）變換出交流電并輸送給電機，利用旋轉變壓器技術和空間矢量脈寬調制（SVPWM）控制算法來控制電機正轉（前進）或反轉（倒車）。

2.4 再生制動時的原理

車輛減速或制動時，電機由車輪驅動，再生制動功能使電機起到發(fā)電機的作用，將電能存儲到高壓電池中。

2.5 單相交流充電原理

當使用便攜式充電器或功率不大于3.3 kW的交流充電器進行充電時，VTOG控制器能自動識別出充電設備，并喚醒車載充電器，激活交流充電正極接觸器，對高壓電池進行充電。

當使用功率大于3.3 kW的交流充電器進行充電時，在N相線與B相線（對電機一側而言）間增加單相切換接觸器，VTOG控制器收到單相充電指令時，控制單相切換接觸器吸合，使B相線和N相線連接，由A相、B相作為L1相、N相線使用，充電槍連接插頭需使用專用連接插頭或其L2相、L3相不做使用的連接插頭。當VTOG控制器收到單相充電指令時，控制單相/三相切換接觸器其中的2個接觸器閉合，使三相充電插座的L1相、L2相與單相充電插座的L1相、N相線導通。

2.6 三相交流充電原理

系統(tǒng)收到充電指令時，將BMS允許的最大充電電流、供電設備最大供電電流和充電連接裝置的額定電流相比較，VTOG控制器判斷這三者中最小的充電電流，自動選擇充電相關參數(shù)，同時系統(tǒng)對供電設備輸送的交流電進行采樣，VTOG控制器通過采樣值計算出交流電電壓有效值，再通過捕獲來確定交流電頻率，根據(jù)電壓有效值和頻率判斷出交流電電制，根據(jù)電網(wǎng)電制選取控制參數(shù)。確定控制參數(shù)后，VTOG控制器控制繼電器板的三相交流預充繼電器和濾波電容繼電器吸合，對直流側母線電容進行充電，當電容電壓達到規(guī)定值后吸合單相/三相切換接觸器，同時斷開繼電器板的三相預充繼電器，此時VTOG控制器發(fā)送PWM信號，控制雙向DC/AC模塊對交流電進行可控整流，再根據(jù)高壓電池電壓，對電壓進行調節(jié)，最后把直流電輸送給高壓電池。在此過程中，VTOG控制器根據(jù)預先選定的目標充電電流和電流采樣反饋的相電流，對整個系統(tǒng)進行閉環(huán)的電流調節(jié)，實現(xiàn)對高壓電池進行充電。

2.7 直流充電原理

比亞迪e5車除了可采用交流充電方式外，還具有直流充電的快速充電方式。

直流充電主要是通過充電站的充電柜將直流高壓電直接通過直流充電口給高壓電池充電。

當使用的直流充電柜最大輸出電壓小于高壓電池電壓時，直流充電升壓器工作，將下橋臂的增壓IGBT置于ON，使直流充電柜的電力為電感充電。電感存儲了電能，將下橋臂的增壓IGBT置于OFF，電感產生感應電動勢，使電壓升至合適的充電電壓，電流持續(xù)從電感中流出，通過上橋臂IGBT流入母線電容和高壓電池。