宝马iX3高压电系统剖析（一）

作者：金怡静

一、系统组件

G08 BEV高压组件和导线如图10所示。在图10中可以看到G08 BEV的高压组件。对于中国和日本规格，交流充电接口位于左前侧围上。直流充电接口则位于右后侧围上。在所有其他国家规格中，交流以及直流充电接口都安装在右后侧围上。

1.联合充电单元CCU 2.用于高压蓄电池单元的电加热装置EH 3.用于中国和日本规格的AC高压充电接口 4.高压电蓄电池SE16 5.用于欧洲规格的AC和DC高压充电接口（用于中国和日本规格的DC） 6.电气化驱动单元 7.用于车内空间的电子暖风装置EH 8.电气制冷剂压缩机EKK

图10 G08 BEV高压组件和导线

二、系统电路图

G08 BEV高电压系统、带有三相交流充电接口的欧洲规格如图11所示。图12中所示的是中国规格。

1.联合充电单元CCU 2.电气制冷剂压缩机EKK 3.用于高压蓄电池单元的电加热装置 4.高压充电接口（交流/直流） 5.电机EM 6.电机电子装置EME 7.电气化驱动单元 8.带有存储器电子管理系统SME的高压蓄电池SE16 9.用于车厢内部的电子暖风装置 10.电子暖风装置的高压配电器

图11 G08 BEV高电压系统、带有三相交流充电接口的欧洲规格

1.高压充电接口（交流） 2.联合充电单元CCU 3.电气制冷剂压缩机EKK 4.用于高压蓄电池单元的电加热装置 5.高压充电接口（直流） 6.电机EM 7.电机电子装置EME 8.电气化驱动单元 9.带有存储器电子管理系统SME的高压蓄电池SE16 10.用于车厢内部的电子暖风装置 11.电子暖风装置的高压配电器

图12 G08 BEV高电压系统、带有左前三相交流充电接口的中国规格

三、高压导线和插头

高压导线将高压组件相互连接在一起。车辆制造商统一用警告色（橙色）来标记高压导线。高压导线不得进行维修。一旦损坏，必须完整地更新高压导线。高压导线不允许过度弯曲或者折叠，这样做可能会导致导线屏蔽层损坏，继而导致高电压系统出现绝缘故障。最小弯曲半径取决于高压导线的外径。它大约为对应高压导线直径的5倍。高压导线的弯曲半径如图13所示。

1.高压导线 2.弯曲半径

图13 高压导线的弯曲半径

在G08 BEV中，使用了旧款车型已经采用的高压插头，并且首次使用了Rosenberger 高压插头。

1. Hirschmann 高压插头

针对G08 BEV上的应用，对成熟的2芯圆形Hirschmann插头进行了改良。外部识别特征是全新的金属材质的外壳锁止装置。同样也对插头外壳以及高压接口的内部插接系统进行了改动。减小了连至高压组件的插头连接上的电阻，同时也降低了安装和拆卸时所需的插接力。提高了最大工作电压和电流承载能力，同时改善了抗震强度。尤其是安装和拆卸过程中所需力量的减小，使得可以大大改进保养过程中的操作。

在两个电子暖风装置的高压接口上，使用的仍然是带有黑色塑料环的Hirschmann插头。通过这一特征可以确认，这属于旧款的高压插头。它们被称为Hirschmann插头HPS40-1。所有其他 2 芯圆形高压插头，以及电动空调压缩机EKK、Combined Charging Unit CCU和高压蓄电池单元上的接口都采用了金属材质的外壳锁止装置，因而可以认定是经过改良的版本。它们的名称为Hirschmann插头HPS40-2。

Combined Charging Unit CCU上的三个接口无论是在外壳侧还是在相应高压导线的插头上都进行了颜色标记。

Hirschmann 高压插头如图14所示。

A.Hirschmann插头HPS40-2 B.Hirschmann插头HPS40-1 1.内部插接系统的机械设码 2.高压接口线脚1 3.高压接口线脚2 4.用于插头中高压触点监控桥架的接口 1（如有，则不会使用桥架） 5.用于插头中高压触点监控桥架的接口 2（如有，则不会使用桥架）

图14 Hirschmann 高压插头

2. Tyco 高压插头

对于三相交流充电接口，采用的是四边形高压插头。这种7芯插头由 Tyco Electronics 公司研发，并且可以承载最高48A电流。自I01 LCI 2016年投放市场以来，这种插头就被安装到BMW和mini车辆中。在G08 BEV上，它将三相交流充电接口与Combined Charging Unit CCU连接在一起。

三相交流充电接口的 Tyco 插头线脚布置如图15所示。

1.L1 相 2.L2 相 3.L3 相 4.未占用 5.高压触点监控（G08 BEV上不使用） 6.高压触点监控（G08 BEV上不使用） 7.中性线N

图15 三相交流充电接口的Tyco插头线脚布置

3. Rosenberger 高压插头

首次使用的2芯Rosenberger 高压插头将高压蓄电池单元与直流充电接口以及电气化驱动单元连接在一起。

Rosenberger插头的优点在于特别良好的抗震强度，从而可以最大程度取消复杂的固定装置。

和过去的扁平Costal插头 相比，减小了连至高压组件的插头连接上的电阻，同时也降低了安装和拆卸时所需的插接力。提高了最大工作电压和电流承载能力。

Rosenberger插头存在两种不同的规格。对于Rosenberger插头HVS 240而言，高压铜芯线的最大导线横截面被限制为50mm2，而在Rosenberger插头HVS 420上，最大导线横截面则达到了95mm2。这样一来，就可以传输最大大约400A的电流。

Rosenberger 高压插头HVS 420和HVS 240，如图16所示。

A.Rosenberger插头HVS420 B.Rosenberger插头HVS240（G08 BEV上未使用）

图16 Rosenberger 高压插头HVS 420和HVS 240

从图16中可以看到Rosenberger插头的两种变形。插头外壳的区别在于它们的尺寸。

G08 BEV上仅使用了HVS 420这种类型的插头。

高压蓄电池单元和电气化驱动单元之间高压导线的屏蔽层在 Rosenberger 插头的外壳中，通过弹性触点过渡到对应高压组件的外壳上。

屏蔽层对于自动绝缘监控而言是必须的；屏蔽层有助于确保电磁兼容性 EMC。

高压蓄电池单元和充电接口之间的高压导线没有屏蔽层。在直流充电期间，由直流充电站负责落实绝缘监控。对于在配有Rosenberger插头的高压导线中是否存在屏蔽层，可以通过插头外壳上两个塑料端盖的彩色设码进行识别。

对于Rosenberger插头中高压触点的接触保护，这一彩色设码得到了沿用。在G08 BEV上，采用了下列颜色变形，如表1所示。

无论是各类高压组件上的高压接口，还是高压插头上的高压接口，都配备有带电部件的接触保护。

Rosenberger 高压插头如图17所示。

A.Rosenberger插头 B.组件上的高压接口 1.外部设码 2.用于高压触点监控的插头外壳（G08 BEV上不使用） 3.高压触点的内部接触保护 4.屏蔽层的电触点 5.高压导线线脚2（负极）的电触点 6.螺栓连接 7.内部机械设码 8.高压导线线脚1（正极）的电触点 9.高压触点的外部接触保护

图17 Rosenberger 高压插头

四、联合充电单元 CCU

Combined Charging Unit（CCU）是全新的集中高压组件，可以在高压车载网络和12V车载网络中实现众多功能。对于过去分配到多个控制单元上的许多功能，现在将它们汇总到了一个组件或者控制单元中，从而优化了安装空间。这样一来，就可以取消控制单元电子数字电机电控机构EDME。G08 BEV Combined Charging Unit（CCU）安装位置如图18所示。

图18 G08 BEV Combined Charging Unit（CCU）安装位置

Combined Charging Unit（CCU）通过全新的数据总线CAN-FD与下列控制单元进行通信：和集成在电气化驱动单元中的电机-电子伺控系统 EME，以便促动电动机；和存储器电子管理系统SME，以便检测可用的电功率；和作为连至车辆的接口车身域控制器 BDC。

G08 BEV-CCU通过CAN-FD的总线连接，如图19所示。

1.联合充电单元CCU 2.车身域控制器BDC 3.高压电蓄电池SE16 4.蓄能器管理电子装置SME 5.电气化驱动单元 6.电机电子装置EME 7.电机EM

图19 G08 BEV-CCU通过CAN-FD的总线连接

1. 功能概览控制单元

Combined Charging Unit（CCU）在车载网络中负责控制下列功能：协调和监控充电过程；和充电装置通信；12V车载网络的供电（DC/DC 转换器）；热量管理；eDRIVE管理；12V动力管理；高压动力管理；将电能分配给电加热器EH和电动制冷剂压缩机EKK；通过CAN-FD和其他控制单元通信；诊断功能。

2. 接口

图20所示的是Combined Charging Unit（CCU）的各类接口。

1.连至电子暖风装置EH（车厢内部）和连至电加热装置 EH（高压蓄电池单元）的高压接口 2.连至电动空调压缩机 EKK 的高压接口 3.连至高压蓄电池单元的高压接口 4.低压电车载网络的接口 5.12V供电正极（DC/DC 转换器输出端） 6.12V供电负极（DC/DC 转换器输出端） 7.冷却液回流接口 8.冷却液进流接口 9.交流充电高压接口，充电接口的输入端

图20 G08 BEV-Combined Charging Unit（CCU）的接口

冷却液接口。虽然CCU工作效率非常高，但在输出满负荷功率时，必须加以积极的冷却。因此，它被集成到电驱动装置的冷却液循环回路中。

高压接口。在CCU上有4个高压接口，如表2所示。

表2 高压接口

1.电气加热装置EH 2.Combined Charging Unit（CCU） 3.带有电机-电子伺控系统EME的电气化驱动单元 4.高压电蓄电池单元 5.整流器 6.单向DC/DC转换器 7.充电接口 8.12V蓄电池 9.电气制冷剂压缩机EKK 10.电气加热装置EH

图21 G08 BEV-Combined Charging Unit（CCU）的高压接口

图21所示的简化电路图展示的是Combined Charging Unit（CCU）和其他高压组件之间的高电压连接。

低压接口。通过2个单独的低压接口和大横截面导线，将CCU和12V车载网络连在一起（总线端30和31）。CCU中的DC/DC转换器（也被称为直流斩波器）通过这一连接为整个12V车载网络供电。这两根导线和CCU之间的导通分别通过螺栓连接进行。除此以外，CCU还具有一个58针低压接口。

这个接口汇总了下列一些导线和信号：CCU控制单元的供电（总线端30B和总线端31）；唤醒导线WUP；通过总线端30C的供电；CAN-FD接口；加速踏板模块FPM的供电和信号导线；电动风扇继电器的控制电路；用于控制电动风扇、主动空气风门控制装置、电动冷却液泵（130W和80W）以及高压蓄电池单元的电加热装置EH的LIN总线接口；冷却液出口上的温度传感器；连至充电接口电子装置的本地CAN接口；充电接口的控制和充电插头识别导线。

选挡杆GWS的信息（例如线控换挡功能）由车身域控制器BDC通过CAN-FD传输。

驱动机构控制系统的输入/输出如图22所示。

1.加速踏板模块 2.加速踏板角度信号 3.电子选挡杆GWS 4.电子选挡杆的操作信号 5.蓄能器管理电子装置SME 6.有关高压蓄电池单元电量和可用电功率的信号 7.集成动态稳定控制系统DSCi 8.有关动态行驶状态的信息，例如行驶速度和制动踏板操作 9.充电接口 10.充电接口电子装置LAE的本地CAN连接，控制和充电插头识别导线 11.联合充电单元CCU 12.高压蓄电池单元的电加热装置EH 13.高压蓄电池单元的电加热装置EH的控制（LIN总线连接） 14.电机-电子伺控系统EME（集成在电气化驱动单元中） 15.要求的驱动力矩（发动机/发电机） 16.电动冷却液泵 17.电动冷却液泵的控制（LIN总线连接） 18.电子扇 19.电动风扇和空气风门控制装置的控制（LIN总线连接） 20.组合仪表KOMBI 21.显示信息，涉及电驱动装置的状态和故障时的检查控制信息

图22 驱动机构控制系统的输入/输出

3. eDrive

管理在前面的插图中可以看到，CCU作为主控单元和协调器，负责驱动机构控制系统的主要功能。在传输驱动力矩前，CCU必须检查是否建立了行驶就绪状态。会借助组合仪表中的“Ready”消息，向驾驶员显示行驶就绪状态。同时，会发出电驱动装置行驶就绪状态的声音，如表3所示。

表3 行驶就绪状态

除此以外，CCU还会询问电驱动系的所有子系统是否都正常运行。而这则是提供驱动力矩的另外一个前提条件。

最后，CCU还必须为驱动装置考虑到可用的电功率，它主要通过高压蓄电池单元的状态加以确定。通过对应的总线信号，存储器电子管理系统 SME将这一状态传输至 CCU。这样一来，CCU就可以确定是否可以提供驱动力矩，以及可以在多大程度上提供驱动力矩。如果存在故障，或者可用性受限，则CCU会通过组合仪表输出一条检查控制信息。

对于驱动力矩的确定，一个重要的输入信号就是加速踏板角度，它通过一条直接的线路从加速踏板模块传输至CCU。借助这个信号，CCU可以确定驾驶员的扭矩需求。CCU必须比较这个需求和可能同时存在的其他扭矩需求（例如来自巡航控制或者 DSCi），并且加以协调。有了这些输入信息，CCU就可以计算电动机实际需要的驱动力矩。通过CAN-FD，CCU会发送所需的驱动力矩至集成在电气化驱动单元中的电机 - 电子伺控系统EME。

4. DC/DC转换器

G08 BEV 的 CCU中的DC/DC 转换器从技术上而言能够采用下列运行模式：

待机（同样也包括组件故障时或者短路、功率电子装置关闭时）；降压变压（能量流向低压侧，DC/DC转换器调控低压侧的压力）。

如果 CCU不运行，则DC/DC转换器处于“待机”状态。如果CCU控制单元由于总线端状态而没有获得供电，就会出现这种情况。同样，如果存在故障，则CCU控制单元会安排DC/DC转换器采用“待机”运行模式。在该运行模式下，在两个车载网络之间不会进行任何能量传递，它们会相互保持电绝缘状态。

“降压变压”运行模式也被称为“降压模式”，是高电压系统激活时的正常运行模式。DC/DC转换器会将电能从高电压车载网络传输至12V车载网络，并且会承担起传统车辆中发电机的功能。为此，DC/DC转换器必须将来自高电压车载网络的可变电压降低至低压车载网络中的电压。在此过程中，高电压车载网络中的电压取决于高压蓄电池单元的电量。

而 DC/DC转换器则会调控低压车载网络中的电压，使得12V电池理想地充电，并且根据蓄电池的电量和温度设置大约14V的电压。可以向低压车载网络提供最高15.5V的电压。DC/DC转换器的最高输出功率短时间内可以达到大约4kW（取决于温度）。DC/DC转换器的功能原理如图23所示。

A.高压车载网络的电压水平 B.低压车载网络的电压水平，大约14V 1.降压变压 2.CCU中的DC/DC转换器

图23 DC/DC转换器的功能原理

借助一个温度传感器测量DC/DC转换器的温度，并且由CCU控制单元负责监控。在使用冷却液冷却的情况下，如果温度仍然超出允许范围，则为了保护组件，CCU控制单元会降低DC/DC转换器的功率。

5. 固定

CCU和12V电池一起固定在车前盖下的装置支架上，如图24所示。CCU的重量为16kg。

1.总成支架 2.紧固和等电位连接螺栓

图24 G08 BEV-CCU的安装位置和紧固

6. 电位补偿

和所有高压组件一样，同样也必须在CCU的外壳和车身接地之间确保一个低电阻的电气连接。只有这样，自动执行的绝缘电阻监控才能够正常地起作用。对于CCU而言，充电接口上交流电网的保护线PE同样也和车身接地相连。保护线和CCU的外壳必须位于同一电位上，以确保整流器交流一侧可能存在的绝缘故障能够被识别。出于这一目的，CCU的外壳通过 4 个螺栓和装置支架连接，而装置支架则通过多个紧固螺栓和车身接地连接。通过这样的螺栓连接，实现了电位补偿。

在安装等电位连接螺栓时，必须遵守下面的操作步骤：（1）清洁孔的接触面和螺纹，并且让另外一人加以检查。（2）用规定的扭矩拧紧紧固螺栓。（3）安排另外一个人检查规定的扭矩。（4）两个人必须在车辆档案中对正确的执行做好记录。为此，在ISTA中同样也提供了一份“电位均衡螺栓连接用表单”。

在G08 BEV中，仅当CCU已按规定紧固在装置支架上，并且装置支架通过其紧固螺栓与车身接地正确连接的情况下，才允许对高压蓄电池单元进行充电。