电动机电子装置(EME)主要用作驱动I01的电动机电子控制装置,该装置的任务是将高电压蓄电池的直流电压[最高约400V(DC)］转换为用于控制电动机(作为电动机)的相交流电压[最高约360V(AC)］反之,当电动机作为发电机使用时,电动机电子装置将电动机的三相交流电压转换为直流电压,从而为高电压蓄电池充电,该过程在制动能量回收利用期间进行。对于这两种运行方式来说都需使用双向DC/AC转换器,该转换器可作为逆变器和直流整流器工作。 通过同样集成在电动机电子装置内的DC/DC转换器来确保为12V车载网络供电。此外电动机电子装置还有一个控制单元,该控制单元与电动机电子装置名称相同,缩写为“EME”。 I01的整个电动机电子装置位于一个铝合金壳体内。在该壳体内装有控制单元,用于将交流电压转换为直流电压从而为高电压蓄电池充电以及将高电压蓄电池直流电压转换为三相交流电压的双向AC/DC转换器,用于为12V车载网络供电的DC/DC转换器。
1.安装位置。
电动机电子装置安装在I01后部一个与后备厢隔开的区域内为了接触到电动机电子装置接口,必须首先拆卸图8-25所示的后备厢饰板部分。此外还需要拆卸随后可见的一个端盖,由此可形成一个维修口。端盖通过螺栓连接方式与车身固定在一起,此外还通过一个密封垫进行密封。
仅执行上述过程并不能拆卸和安装电动机电子装置,还必须拆卸整个驱动单元(由变速箱、电动机和电动机电子装置构成)。
2.接口。
如图8-26所示为电动机电子装置的所有接口。电动机电子装置上的接口可分为四个类别:低电压接口;高电压接口;电位补偿导线接口;冷却液管路接口。
3.低电压接口。
在电动机电子装置上,从外部可见的多芯低电压插头上汇总了以下导线和信号。
①EME控制单元供电(前部配电盒和接地的总线端30B)。
②安全型蓄电池接线柱的总线端30C(由EME控制单元进行分析,从而识别事故)。
③总线系统 PT-CAN2(在EME控制单元内带有用于 PT-CAN2的1209终端电阻)。
④唤醒导线。
⑤连接便捷充电电子装置的控制导线,用于授权充电过程。
⑥高电压触点监控电路输入端和输出端(EME控制单元分析信号并在电路断路时关闭高电压系统)。
⑦电动机械式驻车锁:位置传感器的供电和信号、电磁铁和电动机的供电。
⑧制动真空压力传感器(提供和分析压敏电阻)。
⑨电动真空泵供电。
这些导线和信号的电流强度相对较小,通过两个独立的低电压接口和横截面较大的导线使电动机电子装置与12V车载网络(总线端30和31)连接。电动机电子装置内的DCDC转换器通过该连接为整个12V车载网络提供能量。两根导线与电动机电子装置的接触连接不通过插接连接件实现,而是通过螺栓连接实现。电动机电子装置与电动机的连接从外部无法看到。该连接位于电动机右侧端盖下方,如图8-27所示。
在端盖下方带有为定子绕组(高电压接口)供电的螺栓连接件和传输以下信号的插接连接件:电动机的转子位置传感器(供电和传感器信号);电动机内两个温度传感器的信号。
图8-28以简化电路图型式概括展示了电动机电子装置的低电压接口。
4.高电压接口。
在电动机电子装置上总共有五个高电压接口,用于连接至其他高电压组件的导线如表8-2所示。
图8-29所示展示了电动机电子装置与其他高电压组件之间的高电压连接。
5.电动机电子装置的结构和功能。
电动机电子装置内部由以下组件构成:双向DC/AC转换器,单向AC/DC转换器DC/DC转换器和EME控制单元。功率电子电路也由中间电路电容器构成,用于平滑电压和过滤高频部分。通过上述子组件执行以下功能:通过EME控制单元控制内部子组件;通过DC/DC转换器为2V车载网络供电;通过DC/AC转换器控制电动机(转速,扭矩)高电压电源管理系统;通过汇流排接通电动机;接通高电压蓄电池;在静态运行模式下为高电压蓄电池充电;接通便捷充电电子装置;接通电动制冷剂压缩机;接通电气加热装置;接通增程电动机电子装置;与其他控制单元通信,特别是EDME;冷却电动机电子装置;分析电动机械式驻车锁的传感器;控制电动机械式驻车锁;控制电动真空泵;中间电路电容器主动和被动放电到电压低于60V;针对高电压触点监控主动分析信号(高电压互锁);自检和诊断功能。
I01电动机电子装置内的DC/DC转换器能够启用以下运行模式:待机(即使出现组件故障或短路、供电电子装置关闭时);向下转换(“下降模式”,能量流至低电压侧,转换器调节低电压侧的电压);高电压中间电路放电(互锁故障,事故,主控单元要求)。DC/DC转换器的工作原理如图8-30所示。
电动机电子装置未运行时,DC/DC转换器处于“待机”运行模式,总线端等未向EME控制单元供电时就会出现这种情况。但出现故障时,EME控制单元也会要求DC/DC转换器执行“待机”运行模式。在此运行模式下不会在两个车载网络间进行能量传输,并断开两者之间的导电连接。运行模式“向下转换”又称为“下降模式”,是高电压系统启用状态下的正常运行模式。DC/DC转换器将电能从高电压车载网络传输到12V车载网络内,同时执行普通车辆上发电机的功能。为此,DC/DC转换器必须将来自高电压车载网络的变化电压降至低电压车载网络的电压。在此高电压车载网络内的电压取决于高电压蓄电池的充电状态(260~390V)等。DC/DC转换器通过调节低电压车载网络内的电压确保为12V蓄电池提供最佳充电,同时根据蓄电池的充电状态和温度调节约14V电压。为此,EME控制单元与EDME控制单元进行通信,由后者执行12V电源管理系统功能。由此产生DC/DC转换器应在低电压车载网络内调节的电压规定值。DC/DC转换器的持续输出功率为2500W。
I01的DC/DC转换器技术也能实现运行模式“向上转换”(“助推模式”),例如F04上的DC/DC转换器。但在101上无法使用这种运行模式,因此无法通过12V车载网络的能量为I01高电压蓄电池充电。
正常或快速关闭高电压系统时,采用上次的DC/DC转换器运行模式。关闭高电压系统时,必须在规定时间内放电至没有危险的60V电压以下。为此DC/DC转换器带有一个中间电路电容器的放电电路。该电路首先尝试将存储在中间电路电容器内的能量传输至低电压车载网络。如果该能量不足以实现快速降低电压,就会通过一个为此主动连接的电阻进行放电。通过这种方式使高电压车载网络在5s内放电。出于安全考虑,还有一个始终并联连接的被动放电电阻,如图8-31所示。
即使故障导致前两项放电措施无法正常进行,该电阻也能确保高电压车载网络可靠放电。放电至60V电压以下的所需时间较长,最长为120s。
DC/DC转换器的温度由一个温度传感器测量并通过EME控制单元监控。如果在冷却液冷却的情况下温度仍超出允许范围,EME控制单元就会降低DC/DC转换器功率以保护组件。
6.用于控制电动机的供电电子装置。
用于控制电动机的供电电子装置主要由双向DC/AC转换器构成,其运行模式如图8-32所示。这是一种脉冲变流器,带有一个两芯直流电压接口和一个三相交流电压接口。该DC/AC转换器可作为逆变器进行工作,作为电动机进行工作时将电能从高电压蓄电池传输至电动机。它也可以作为整流器进行工作,将电能从电动机传输至高电压蓄电池。进行制动能量回收利用时采用这种运行模式,此时电动机作为发电机工作并“产生”电能。
DC/AC转换器的运行模式由EME控制单元决定。为此,EME控制单元从EDME控制单元接收主要输入参数—电动机提供的扭矩规定值(数量和符号)。EME控制单元根据该规定值和当前电动机运行状态(转速和扭矩)确定DC/AC转换器的运行模式以及电动机相电压的振幅及频率。根据这些规定值以脉冲方式控制DC/AC转换器的功率半导体。
控制单元通过电流传感器信号监控供电子装置和电动机内的功率以及电动机产生的扭矩。通过电流传感器信号以及电动机内转子位置传感器信号还能接通电动机电子装置控制电路。
电动机电子装置和电动机的功率数据在研发过程中进了了相互匹配。因此电动机电子装置能够持续提供75kW的功率并短时提供125kW的最大功率。为了防止供电电子装置过载,在DC/AC转换器上还有一个温度传感器。
如果根据该传感器信号识别出功率半导体温度过高,EME控制单元就会降低输出至电动机的功率,以保护供电电子装置。如果功率降低程度能够让客户明显感觉到,就会通过一条检查控制信息提示客户,如图8-33所示。如果电动机温度超出允许范围,客户也会获得相同的故障响应(降低功率)和相同的检查控制信息。
7.高电压车载网络电源管理系统。
高电压车载网络电源管理系统包括两项子功能:一项用于行驶运行模式;另一项用于充电运行模式。在行驶运行模式下协调从高电压蓄电池至高电压用电器的能量流。为此EME进行以下计算步骤并不断重复:对高电压蓄电池提供的功率进行查询(提供信号:SME);对电动驱动装置要求的功率进行查询(信号来源:EDME);对要求的空调系统功率进行查询(电气加热装置,电动制冷剂压缩机,IHKA);决定如何分配电功率并与用电器控制单元进行通信。
在充电运行模式下,高电压电源管理系统执行不同任务。控制从车辆外部通过EME和或便捷充电电子装置KLE至高电压蓄电池以及根据需要至电气加热装置EH或至电动制冷剂压缩机EKK的能量流在EME内始终不断重复以下具体步骤:对外部可提供功率进行查询(信号来源:LIM);对高电压蓄电池可消耗功率进行查询(SME);对需要提供给空调系统的功率进行查询(IHKA/IHKR);要求EME/KLE提供所需功率;将可提供的部分功率传输至高电压蓄电池接收装置(SME控制单元)和空调系统(IHKA控制单元)。
外部可提供的功率并非大小不限,而是会受到电网和EME/KLE限制,因此必须在进行分配前首先查询可分配的功率。高电压蓄电池根据其充电状态等可能无法获得任意大小的功率,因此同样必须首先查询相关数值。根据高电压蓄电池温度或驾驶员提出的空调要求,空调系统也需要功率,该功率数值是充电运行模式下用于高电压电源管理系统的第三个重要输入参数。通过这些信息对外部要求的功率进行控制并分配给用电器。
8.其他高电压用电器供电。
不仅电动机通过电动机电子装置供电,高电压用电器“电动制冷剂压缩机”和“电气加热装置”也从电动机电子装置获得高电压电平供电,但并没有在电动机电子装置内实现复杂的控制功能,而是将电动机电子装置用作高电压直流配电盒,由高电压蓄电池提供该高电压。为防止短路时连接两个高电压用电器的高电压导线过载,电动机电子装置分别带有一个用于电动制冷剂压缩机和一个用于电气加热装置的高电压熔丝。两个高电压熔丝的额定电流为40A。
9.控制电动真空泵。
电动机电子装置带有用于分析制动真空压力传感器信号和控制电动真空泵的硬件。但控制电动真空泵的功能逻辑并非在EME控制单元,而是在DSC控制单元内。EME和DSC控制单元通过 PT-CAN和 PTCAN2上的总线电码交换电动真空泵的传感器信号和接通要求。
制动真空压力传感器基本已通过采用传统驱动方式且带有发动机节能启停功能的车辆为大家所熟知。与这些车辆相同,在101上该传感器也安装在制动助力器壳体上。
电动机电子装置为传感器供电,同时传感器发回取决于制动助力器内真空的电压信号。
EME控制单元将该模拟传感器信号转化为实际制动真空压力并以总线电码型式发送给DSC控制单元。
DSC控制单元分析制动真空压力信号,考虑行驶动力参数(例如车速)和制动踏板操作,并由此确定是否需要接通电动真空泵。此外,DSC控制单元内的功能逻辑还考虑滞后情况,因此电动真空泵不会持续接通和关闭,而是在达到所需最小制动真空压力前保持接通状态。DSC控制单元以总线电码型式将电动真空泵接通要求发回给EME控制单元。
电动机电子装置带有一个输出极(半导体继电器),用于接通和关闭电动真空泵的供电。
根据需要可将DC/DC转换器输出电压直接连接至电动真空泵。接通电流最高可达30A。为了保护输出极和导线,通过电子方式限制电流强度,不对电动真空泵进行功率或转速限制,而是仅接通和关闭电动真空泵。
制动真空压力传感器可根据不再提供真空识别出电动真空泵失灵,至少会提供符合规定的减速度(提高踏板力)。在此由DSC实现液压制动助力功能,即根据驾驶员的操作产生液压增强的循环压力。
