寶馬純電動BMW i3 I01高壓蓄電池技術(shù)解析

1、寶馬純電動BMW i3 I01高壓蓄電池技術(shù) 解析作者：李偉來源：汽車維修與保養(yǎng)2018年第2期一、I01高壓蓄電池概述在I01高電壓蓄電池內(nèi)使用的蓄電池組屬于鋰離子電池類型（電池 類型為NMC/LMO混合），以下也簡稱為高電壓蓄電池。鋰離子電池的陰極材料基本上是鋰金屬氧 化物NMC/LMO混合”這一名稱說明了這種電池類型使用的金屬一種是鎳、錳和鉆的“混合 物”；另一種是鋰錳氧化物，通過選擇陰極材優(yōu)化了電動車所用的高電壓蓄電池特性（能量密度 較高、使用壽命較長）。像往常一樣使用石墨作為陰極材料，放電時鋰離子存儲在石墨內(nèi)。根據(jù) 所使用的材料，電池額定電壓為3.75VI01高電壓蓄電池單元的技術(shù)參

2、數(shù)如圖1所示。怔向V KE4EJ1UV-馳as悝由眼刑為褂押的新】EM：!iumn恤折酬li rii iJttl|M；. Ag如 IM）虻抑r做幡鍬衲楠心 站 舊佃械*21的輸時I圈心1I ? I g |邱WL融腳胃 M 仙*呷r *引頤皿#15麗嵋邸禍麟蠣I01的高電壓蓄電池單元由以下主要組件構(gòu)成：帶有實際電池的電池模塊、電池監(jiān)控電子 裝置、帶有冷卻通道和加熱裝置的熱交換器、蓄能器管理電子裝置SME、導線束、安全盒、接 口（電氣、制冷劑、排氣）殼體和固定部件等。電池由韓國公司SamsungSD提供給BMW Dingolfing 工廠。在此將電池組裝成電池模塊并與其他組件一起安裝為完整的高電壓

3、蓄電池 單元。SME控制單元和電池監(jiān)控電子裝置的制造商是Preh公司。高電壓蓄電池單元除高電壓接 口外還帶有一個低電壓接口。此外還為集成式控制單元提供電壓、總線信號、傳感器信號和監(jiān) 控信號。為對高電壓蓄電池進行冷卻將其接入制冷劑循環(huán)回路內(nèi)。高電壓蓄電池單元上的提示 牌向相關組件作業(yè)的人員說明所用技術(shù)及可能存在的電氣和化學危險。高電壓蓄電池單元位于 車內(nèi)空間以外，如圖2所示。如果由于嚴重故障導致電池產(chǎn)生過壓，不必通過排氣管向外排出 所產(chǎn)生的氣體。通過高電壓蓄電池單元殼體上的一個排氣口便可進行壓力補償。與當前BMW ActiveHybrid車輛一樣，高電壓安全插頭（售后服務時斷開連接）不是高電壓蓄

4、電池單元的組成 部分，它位于發(fā)動機室蓋下方。高電壓蓄電池單元的系統(tǒng)電路圖如圖3所示。二、機械接口高電壓蓄電池單元的殼體通過26個螺栓以機械方式與I01的“Drive”模塊 連接在一起。通過這種方式可使重力以及行駛期間產(chǎn)生的加速力作用在車身上。固定螺栓可直 接從下方接觸到，不必事先拆卸底部飾板。拆卸高電壓蓄電池單元時必須首先進行維修說明中 規(guī)定的所有準備工作（診斷、切換為無電壓等）。松開固定螺栓前必須將下降高度專用工具（可移 動總成升降臺MHT1200）固定在高電壓蓄電池單元下方,通過另一個電位補償螺栓在殼體與“Drive”模塊之間建立電氣連接，如圖4所示。進行多次拆卸和安裝后無法再按規(guī)定力矩擰

5、緊電位補償螺栓時，應針對電位補償螺栓重新 鉆孔，如圖5所示。與帶有框架結(jié)構(gòu)的車輛相似，“Life Drive ”方案由兩個平行分開的獨立模塊構(gòu)成?！癓ife”模塊主要由碳纖維增強塑料（CFK）制成的高強度超輕乘員區(qū)構(gòu)成?！癉rive”模塊即底 盤構(gòu)成了集成有高電壓蓄電池單元的穩(wěn)定基礎?！癉rive”模塊前端和后端鋁合金制成的碰撞主 動式結(jié)構(gòu)確保發(fā)生正面和尾部碰撞時提供額外安全保護。為了提供最佳保護將蓄電池安裝在車 輛底板內(nèi)，因為發(fā)生碰撞事故時車輛在此區(qū)域內(nèi)的變形程度最小。發(fā)生側(cè)面碰撞時，“Life” 模塊的碰撞特性也有助于保護高電壓蓄電池單元，因為在此已吸收全部能量不會使其傳輸至蓄能器。高強度

6、CFK乘員區(qū)和“Life Drive”模塊內(nèi)的智能化作用力分配共同構(gòu)成了最佳乘員保 護的前提條件。在I01的高電壓蓄電池單元上裝有三個提示牌，即一個型號銘牌和兩個警告提 示牌。型號銘牌提供邏輯信息（例如零件編號）和最重要的技術(shù)數(shù)據(jù)（例如額定電壓）。兩個警告 提示牌上標注了信息以提醒大家注意高電壓蓄電池單元采用鋰離子技術(shù)且電壓較高，同時還標 注了其它可能存在的相關危險。高電壓蓄電池單元上的三個提示牌及其安裝位置如圖6所示。:性1。持口三、電氣接口 1.高電壓接口在高電壓蓄電池單元上有一個2芯高電壓接口，高電壓蓄電池 單元通過該接口與高電壓車載網(wǎng)絡連接，如圖7、8所示。圍繞高電壓導線的兩個電氣觸點

7、還各 有一個屏蔽觸點，這樣可使高電壓導線屏蔽層（每根導線各有一個屏蔽層）一直持續(xù)到高電壓蓄電 池單元殼體內(nèi)，從而有助于確保電磁兼容性（EMV）。此外高電壓接口還可防止接觸導電部件，實 際觸點帶有塑料外套，因此人員無法直接接觸，只有連接導線時才會壓開外套并進行接觸，塑料 滑塊用于機械鎖止插頭。此外它還是安全功能的組成部分：未連接高電壓導線時，滑塊蓋住高 電壓觸點監(jiān)控電橋的接口。只有按規(guī)定連接了高電壓導線且插頭已鎖止時，才能接觸到這個接 口并插上電橋。這樣可以確保，只有連接了高電壓導線時高電壓觸點監(jiān)控電路才閉合。該原理 適用于I01的所有高電壓接口，即高電壓蓄電池單元上、電機電子裝置上、便捷充電電

8、子裝置 和增程電機電子裝置上的高電壓接口。因此只有連接所有高電壓導線后，高電壓系統(tǒng)才會啟用。 這樣可以額外防止接觸可能帶電的接觸面。像高電壓蓄電池單元的所有其他組件一樣，高電壓 接口可作為獨立部件進行更換。低電壓接口在I01的高電壓蓄電池單元上帶有兩個低電壓接口： SME控制單元導線接口、 2膨脹和截止組合閥控制接口，如圖9所示。SME控制單元接口帶有以下導線：通過總線端30F 和總線端31為SME控制單元供電、用于為電動機械式接觸器供電的總線端30C、車身域控制器 喚醒導線、高電壓觸點監(jiān)控導線的輸入端和輸出端、用于控制膨脹和截止組合閥（未配備“熱力 泵”）的輸出端（+12V和接地）、PT.C

9、AN2和兩個未使用的信號（僅用于研發(fā)）。未配備“熱力泵” 時，從SME控制單元連出的膨脹和截止組合閥控制導線首先接入車輛導線束內(nèi)，從此處可重新 直接連接至該閥，沒有其他車輛電氣組件會對該控制信號產(chǎn)生影響。配備“熱力泵”時，由熱 力泵控制單元而非SME控制單元控制膨脹和截止組合閥。SME控制單元僅發(fā)送高電壓蓄電池冷 卻要求，之后由IHKA/IHKR控制單元和熱力泵控制單元具體執(zhí)行。排氣口排氣口有兩個任務。排氣口的第一個任務是補償高電壓蓄電池單元內(nèi)部和外部的 較大壓力差，只有某一電池損壞時才會產(chǎn)生這種壓力差。出于安全原因，損壞電池的電池模塊 殼體會打開，以便降低壓力。氣體首先存在于高電壓蓄電池單元

10、殼體內(nèi)，從此處可通過排氣口 排到外面排氣口的第二個任務是向外輸送高電壓蓄電池單元內(nèi)部產(chǎn)生的冷凝物。在高電壓蓄電 池單元內(nèi)部除技術(shù)組件外還有空氣。通過較低環(huán)境溫度或啟用冷卻功能后通過制冷劑對空氣或 殼體進行冷卻時，空氣中的部分水蒸氣就會冷凝。因此在高電壓蓄電池單元內(nèi)部可能會形成少 量液態(tài)水，這不會對功能產(chǎn)生任何影響?？諝饣驓んw再次受熱時水就會重新蒸發(fā)，同時殼體內(nèi) 的壓力稍稍增大。排氣口可通過向外排出受熱空氣進行壓力補償，同時會將空氣中包含的水蒸 氣（通過這種方式也將之前的液態(tài)冷凝物）一同向外排出。為了完成上述任務，排氣口（圖10）帶 有一個透氣（和水蒸氣）但不透水的隔膜。在隔膜上方有一個兩件式蓋

11、板，可防止粗雜質(zhì)進入隔 膜，維修時可將排氣單元作為一個整體進行更換，排氣單元污染嚴重或出現(xiàn)機械損傷時需要進 行更換。四、加熱裝置和冷卻系統(tǒng)為了盡可能延長高電壓蓄電池的使用壽命并獲得最大功率，需在 規(guī)定溫度范圍內(nèi)使用蓄電池。4050C時，高電壓蓄電池處于可運行狀態(tài)。但這些溫度限值是 指實際電池溫度而非車外溫度。就溫度特性而言，高電壓蓄電池單元是一個惰性系統(tǒng)，即電池 需要幾個小時才能達到環(huán)境溫度。因此在極其炎熱或寒冷的環(huán)境下短暫停留并不表示電池也已 經(jīng)達到同樣溫度。但就使用壽命和功率而言的最佳電池溫度范圍明顯受限，為+2540C。尤其 在電池溫度持續(xù)顯著超出該范圍、同時要求提供較高功率時，會降低電

12、池使用壽命。為了消除 該影響并在任何車外溫度條件下確保最大功率，I01的高電壓蓄電池單元帶有自動運行的加熱 裝置和冷卻裝置。I01標配用于高電壓蓄電池的冷卻系統(tǒng)。為此像在當前BMWActiveHybrid車 輛上一樣，將其接入空調(diào)系統(tǒng)制冷劑循環(huán)回路內(nèi)。如果客戶訂購了選裝配置SA494駕駛員和前 乘客座椅加熱裝置，則其I01也帶有高電壓蓄電池加熱裝置。可利用電流的熱效應對高電壓蓄 電池進行加熱。該加熱裝置包括控制裝置位于高電壓蓄電池單元內(nèi)部。車外溫度或電池溫度及 所連充電電纜溫度極低時，會根據(jù)需要自動啟用加熱裝置從而對電池進行加熱。通過這種方式 可以明顯改善在極低溫度下受到限制的功率輸出并提高可達里程。電壓蓄電池單元加熱和冷卻 的整個系統(tǒng)概覽如圖11所示。1.高電壓蓄電池冷卻系統(tǒng)（1）I01的高電壓蓄電池單元直接通過 制冷劑進行冷卻。因此空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑循環(huán)回路由兩個“并聯(lián)”支路構(gòu)成。一個用于車內(nèi) 冷卻，一個用于高電壓蓄電池單元冷卻。兩個支路各有一個膨脹和截止組合閥，用于相互獨立 地控制冷卻功能，如圖12所示。蓄能器管理電子裝置可通過施加電壓控制并打開膨脹和截止組 合閥。這樣可使制冷劑流入高電壓蓄電池單元內(nèi)，在此膨脹、蒸發(fā)和冷卻。車內(nèi)冷卻同樣根據(jù) 需要來進行。蒸發(fā)器前的膨脹和截止組合閥同樣可以電氣方