宝马F49PHEV混合动力电动车-高压蓄电池第四篇-功能原理
高压蓄电池功能
▼ 高压蓄电池模块功能
在 F49 PHEV 上，高电压系统的主要功能由电机电子装置（EME）控制和协调。具体包括：
• 从直流电压转换为三相交流电压（电机运行模式）
• 从三相交流电压转换为直流电压（高电压起动电机发电机运行模式）
• 从高电压转换为低电压（12 V 蓄电池充电）
• 高电压电源管理系统
• 启动 12-V 执行机构
• 使中间电路电容器放电。
高电压蓄电池单元和 SME 控制单元对于高电压系统的主要功能起决定性作用。具体包括：
• 启动
• 正常关闭
• 快速关闭
• 蓄电池管理
• 高电压蓄电池充电
• 监控功能。
▼ 启动
无论以下哪项作为触发因素，高电压系统的启动顺序始终相同：
• 总线端 15 接通或建立行驶准备就绪
• 需要开始高电压蓄电池充电
• 车辆做好行驶准备（高电压蓄电池或车内空间空气调节）
高电压系统的具体启动步骤如下：
1 EME 控制单元需通过 PT-CAN / PT-CAN2 上的总线信号启动
2 通过自诊断功能监控高电压系统
3 高电压系统的电压持续升高
4 使接触器触点完全闭合。
主要通过电机电子装置控制单元和蓄电池管理电子装置控制单元进行高电压系统监控。在此检查与安全
有关的标准，例如高高电压互锁回路电路或绝缘电阻。而且还必须满足启动所需的功能条件，例如所有
子系统处于运行准备就绪状态。
由于高电压系统带有电容值较高的电容器（供电电子装置内的中间电路电容器），因此不允许电动机械式接触器触点简单闭合。电流脉冲过高会导致高电压蓄电池、中间电路电容器以及接触器触点损坏。首先会使负极上的接触器闭合。与正极上的接触器并联有一个带电阻的预充电开关。此时启用该开关，受电阻限制的接通电流使中间电路电容器充电。中间电路电容器电压大致达到蓄电池电压值时，就会断开预充电开关并且使高电压蓄电池单元正极上的接触器闭合。此时高电压系统处于完全准备就绪状态。
重要提示：
在车辆内可听到启动期间先后闭合接触器时发出的响声，这不表示出现功能故障。
高电压系统未出现故障时，会在约 0.5 秒内完成高电压系统整个启动过程。
SME 控制单元通过 PT-CAN2 向 EME 控制单元发送启动成功的信号。如果例如接触器的某个触点不能顺利闭合，也会通过相同的方式发送故障信号。
▼ 正常关闭
高电压系统关闭分为
正常关闭和快速关闭两种情况。在此所说的正常关闭，一方面保护所有相关组件，另一方面监控与安全有关的高电压系统组件。
满足以下条件或标准时，就会正常关闭高电压系统：
• 驾驶员关闭总线端 15，继续运行时间结束（由 EME 进行控制）
• 驻车空气调节、驻车暖风或高电压蓄电池调节功能结束
• 高电压蓄电池充电过程结束高电压系统的正常关闭顺序始终相同，与触发因素无关。具体步骤包括：
1 继续运行时间结束后 EME 通过 PT-CAN/PT-CAN2 上的总线信号发送关闭指令；
2 高电压电气系统上的系统（EME、EKK、EH）将高电压电气系统内的电流降为零；
3 电机绕组短路；
4 断开高电压蓄电池单元内的接触器（由 SME 进行控制）；
5 检查高电压系统，例如电动机械式接触器触点是否按规定断开。
高电压系统放电，即中间电路电容器（EME）主动放电。
1 首先会尝试供应 12 V 系统蓄电池存储的能量。
2 如果无法实现，就会通过可接通电阻使中间电路电容器放电。
3 如果中间电路电容器未在 5 秒内放电至 60 V 电压以下，就会通过被动电阻使其放电。
根据需要分多个阶段进行中间电路电容器放电。
总线端 15 断开后，无论是继续运行时间还是关闭过程本身都可能持续几分钟。例如自动运行的监控功能是原因之一。如果在此期间出现重新启动要求或存在某项快速关闭条件，就会中止正常关闭。
▼ 快速关闭
在此以尽快关闭高电压系统为最高目标。出于安全考虑需要将高电压系统内的电压尽快降至安全数值时，就会执行快速关闭过程。
下面列出了导致快速关闭的触发条件以及作用链。
• 事故：
碰撞安全模块（ACSM）识别出发生事故。根据事故严重程度，通过总线信号请求关闭或通过
断开安全型蓄电池接线柱与两个 12 V 蓄电池的正极来强制关闭。在第二种情况下会自动中断电
动机械式接触器的供电，从而使其触点自动断开。
• 过载电流监控：
通过高电压蓄电池单元内的电流传感器对高电压电气系统内的电流强度进行监控。如果识别出
电流强度过大，蓄电池管理电子装置控制单元将强制断开电动机械式接触器。在高电流下断开
会使接触器触点严重磨损，但为了避免其它组件损坏，必须容忍这一点。
• 断路保护：
每个高电压蓄电池内都有一个短路时断开高电压电路的过电流保险丝。
• 临界电池状态：
如果某个电池监控电子装置识别出某个蓄电池组电池电压过低、电压过高或温度过高，则会在EME 控制单元控制下强制断开电动机械式接触器。尽管这可能会导致触点磨损加剧，但这种快
速关闭可防止相关蓄电池组电池毁坏。
• 高电压蓄电池单元 12 V 供电失灵：
在此情况下，蓄电池管理电子装置控制单元不再工作，无法再监控蓄电池组电池。出于该原因，此时电动机械式接触器的触点也会自动断开。
除高电压系统断路外，还会使中间电路电容器（EME）放电并使电机（EME、EKK）绕组短路。高电压控制单元一方面通过总线信号接收相关请求，另一方面通过高电压电路内电流强度突然降低识别出这种状态。
▼ 充电
不论是通过回收利用能量、提高内燃机负荷点或使用外部供电系统为高电压蓄电池充电，SME 控制单元都发挥着重要作用。蓄电池管理电子装置控制单元根据蓄电池组电池的充电状态和温度确定高电压蓄电池单元当前可吸收的最大电功率。该数值以总线信号形式通过 PT-CAN2 传输至 EME 控制单元。在此运行的高电压电源管理功能协调各项功率要求。
充电期间 SME 控制单元持续确定已达到的充电状态并监控高电压蓄电池的所有传感器信号。为了确保最佳充电过程，SME 控制单元也根据这些数值持续计算当前最大充电功率数值并将其发送至 EME 控制单元。在充电过程中，SME 控制单元还会持续控制高电压蓄电池冷却系统，从而确保快速有效的充电过程。
为了实现尽可能长的电动可达里程，连接充电电缆时，必须对车内进行预先空气调节（暖风或制冷） 。
在此不从高电压蓄电池单元获取所需电能，而是由便捷充电电子装置直接提供。
监控功能
• 安全型蓄电池接线柱的 12 V 供电电压：
为在发生相应严重程度的事故时能够快速关闭高电压系统，所有电动机械式接触器的电磁铁均由安全型蓄电池接线柱提供 12 V 电压。如果发生事故时安全型蓄电池接线柱断开，该供电电压
就会消失，接触器触点会自动断开。
此外 SME 控制单元还会以电子形式分析该导线上的电压，同时促使高电压系统关闭，包括中间电路电容器放电和电机主动短路。
• 高电压互锁回路：
SME 控制单元分析高电压蓄电池互锁回路并检查该电路是否断路。出现断路情况时，蓄电池管理电子装置控制单元可促使快速关闭高电压系统。
关于高电压互锁回路原理参见产品信息“混合动力技术基础知识”。F49 PHEV 高电压互锁回路由以下所示高电压组件构成。
集成在 F49 PHEV 蓄电池管理电子装置（SME）内用于控制与产生高电压互锁回路检测信号的电子装置高电压系统启动时开始产生检测信号，高电压系统关闭时停止产生检测信号。蓄电池管理电子装置产生一个矩形交流电信号作为检测信号并将其发送到检测导线上。检测导线采用环形拓扑结构（与 MOST 总线相似） 。在环形线路的两个部位对检测导线信号进行分析：在电机电子装置内以及最后在环形线路端部蓄电池管理电子装置内。如果信号在规定范围之外，就会识别为电路断路或检测导线内对车辆接地短路并立即关闭高电压系统。如果断开高电压安全插头（“售后服务断电开关”）处的高电压互锁回路，就会直接断开接触器。此外还会关闭所有高电压组件。
• 接触器触点：
高电压系统关闭时 蓄电池管理电子装置控制单元要求断开接触器触点后，通过测量触点并联电压检查触点是否也已实际断开。即使出现某接触器触点未断开这种不大可能发生的情况，也不会给客户和售后服务人员带来直接危险。但出于安全考虑会阻止高电压系统重新启动。之后无法继续通过电动驱动行驶。
• 预充电电路：
例如如果启动高电压系统期间发现预充电开关出现故障，就会立即中止启动过程且高电压系统不会运行。
• 温度过高：
在所有行驶情况下高电压蓄电池的冷却系统均确保蓄电池组电池温度处于最佳范围内。如果因故障导致一个或多个蓄电池组电池温度升高并超出最佳范围，就会首先通过降低功率来保护蓄电池组电池。如果温度继续升高且可能由此造成蓄电池组电池损坏，就会及时关闭高电压系统。
• 电压过低：
在此通过持续监控和根据需要平衡电池电压来避免某个蓄电池组电池电压过低。整个高电压蓄电池单元的总电压同样受到监控并用于确定充电状态。如果总电压降低导致高电压蓄电池电量过低，就会阻止继续放电。之后无法继续通过电动驱动装置行驶。
• 绝缘监控功能确定带电高电压组件（例如高电压导线）与车辆接地间的绝缘电阻是否高于或低于所需最低限值。如果绝缘电阻低于最低限值，就会存在车辆部件带有危险电压的可能。如果
人员接触第二个带电高电压组件，就会存在电击危险。因此针对 F49 PHEV 高电压系统提供全自动绝缘监控功能。与之前的高电压蓄电池单元不同，现在在安全盒内进行绝缘监控。这样设计的优点是无需再将高电压导线引至蓄电池管理电子装置。安全盒通过局域 CAN 将相关结果发至蓄电池管理电子装置控制单元并对这些测量结果进行分析。
安全盒在高电压系统启用期间通过测量电阻定期（约每隔 5 秒）进行绝缘监控（间接绝缘监控）。
在此车辆接地作为参考电位使用。
在不采取附加措施的情况下，通过这种方式只能确定高电压蓄电池单元内局部出现的绝缘故障。
但确定车内所铺设高电压导线与车辆接地间的绝缘故障也同样非常重要。因此高电压组件的所有导电壳体都与车辆接地导电连接。这样可以通过一个中央位置即高电压蓄电池单元确定整个高电压电气系统内的绝缘故障。
绝缘监控分两步进行。绝缘电阻低于第一限值时，对人员尚不构成直接危险。因此高电压系统仍保持启用状态，此时不会发出检查控制信息，但会在故障存储器内存储故障状态。这样便于售后服务人员在下次车间维修时加以注意并检查高电压系统。低于较低的绝缘电阻第二限值时，不仅会在故障存储器内存储记录，而且还会发出检查控制信息，以要求驾驶员到维修车间进行检查。
由于这种绝缘故障不会对客户或售后服务人员构成直接危险，因此高电压系统保持启用状态且客户可以继续行驶。不过还是应该尽快到 BMW 维修站进行高电压系统检查。为了识别出导致绝缘故障的高电压系统组件，必须由售后服务人员对故障进行限定。原则上售后服务人员无需自己测量绝缘电阻，这项工作由高电压系统通过绝缘监控功能进行。探测出绝缘故障时，售后服务人员必须通过诊断系统内的检测计划确定绝缘故障的实际位置。
▼ 维修提示
重要维修提示：
进行 F49 PHEV 高电压组件作业前，必须遵守并执行电气安全规定：
1 必须断开高电压系统的供电。
2 必须确保高电压系统不会重新接通。
3 必须检查高电压系统是否安全绝缘。