电动汽车的“充电”过程相当于采用传统驱动方式车辆的“加油”过程。 由于使用了充电电缆,因此也称为导电(接线)充电。在101上无法进行感应充电,而是在研发过程中使用该功能。 充电时既需要车内组件,也需要车外组件。在车辆上需要一个充电接口和一个供电电子装置用于转换电压。在车辆外部,除交流电压网络和一根充电电缆外,还需要一个执行保护和控制功能的设备。在相关标准和研发部门内将该设备称为“电动车辆供电设备EVSE”。 如图8-65所示为电动车内部和外部的高电压蓄电池充电组件,并将其与传统车辆加油所需组件进行比较。
电动车辆供电设备可集成在充电电缆内或作为固定安装式充电站的组成部分(又称为“充电箱”)。EVSE负责与交流电压网络建立连接并满足车辆充电电气安全要求。此外还可通过控制导线与车辆建立通信,这样可以安全启动充电过程并在车辆与EVSE之间交换充电参数(例如最大电流强度)。
交流电压网络电压可为110~240V。通过单相方式传输至车辆。交流电压网络的理论最大充电功率为Pmax= UmaxImax=240V×32A=7.7kW。
1.充电插头。
所用充电插头也为标准化部件(IEC62196-2)。根据车辆配置和国家规格使用不同充电接口,最常见的插头如图8-66所示。
2.车辆上的充电接口。
I01充电接口与传统内燃机车辆燃油加注管所在位置完全相同。像在传统车辆上必须打开燃油箱盖一样,在I01上也必须打开充电接口盖。按压充电接口盖可操作开锁按钮,从而使充电接口盖开锁。此外还通过另一个端盖防止真正的充电接口受潮和弄脏,因此充电接口满足保护等级IP5K5要求。充电接口盖和接口分配(欧规)如图8-67所示。
3.充电接口模块LIM。
LM可实现车辆与充电站之间的通信,通过总线端30F为LIM控制单元供电。在LIM内带有一个用于 PT-CAN的终端电阻,此外插入充电电缆时LIM可唤醒车辆车载网络内的控制单元。还有一根导线直接由LM控制单元连接至电动机电子装置如图8-68所示。只有当LIM控制单元通过该导线上的信号授权充电过程时,电动机电子装置才会开始转换电压,从而执行充电过程,如图8-69所示。
LIM的主要任务:通过控制和接近导线与EVSE进行通信;协调充电过程;控制用于显示充电状态的LED;控制用于锁止充电接口盖的电动机控制用于锁止充电插头的电动机。
(1)通过控制和接近导线与EVSE进行通信控制导线和接近导线使用普通信号导线,这些信号导线带有屏蔽层,端部连接充电接口模块内的一个插头。
通过接近导线可识别出将充电插头插入车辆充电接口内并确定充电电缆最大电流负载能力。在充电电缆插头内,在接近接口与地线之间接有一个电阻。LIM施加测量电压并确定接近导线上的电阻值。电阻值可以说明所用充电电缆允许的最大电流强度(根据导线横截面)。在标准IEC61851中规定了电阻和电流强度的分配情况。
控制导线用于确定和传输最大可用充电电流强度。控制信号是双极方波信号(-12~12V)。电压值和占空因数用于在EVSE与I01之间进行不同状态的通信:电动车已做好充电准备(是/否);出现故障(是/否);交流电压网络可提供的最大充电电流。
(2)协调充电过程 LIM控制单元负责协调充电过程的开始和结束。
充电过程开始时,客户有两项工作要做:设置充电开始;连接充电电缆。
客户可通过车上的控制器和中央信息显示屏内的菜单设置充电开始。此外还可以通过用于 Apple iPhone的“ BMW i RemoteApp”进行设置,如图8-70所示。
客户可选择连接充电电缆后立即开始充电或规定开始充电的时间。
客户连接充电电缆后,LIM控制单元就会唤醒车载网络内的控制单元(如果尚未因其他事件而发生)。为此,LIM控制单元使用与BDC控制单元直接相连的唤醒导线。随后LIM控制单元检查进行充电的功能前提并通过 PT-CAN获取与安全有关的条件情况:行驶准备功能关闭;车速为零;驻车锁已挂入;充电电缆已连接接近);与电动车辆供电设备通信正常(控制);高电压系统处于正确启用状态。
(3)控制用于显示充电状态的LED 有一个C形光导纤维围绕在车辆充电接口周围,通过其可显示出充电状态。同时光导纤维还用作充电接口定向照明,通过两个由LIM控制的LED进行光导纤维进行照明。
①定向照明装置 充电接口定向照明装置用于插上和拔下充电电缆时为驾驶员提供方向引导。充电接口盖打开后,两个LED就会发出白光。只要总线系统处于启用状态,定向照明装置就会一直保持接通状态。识别出正确插入充电插头后,就会关闭定向照明装置并显示初始化状态,如图8-71所示。
②初始化 正确插入充电插头后就会立即开始初始化。初始化阶段最长持续10s,期间LED以频率为1Hz的橙色闪烁。成功进行初始化后可开始为高电压蓄电池充电,如图8-72所示。
③充电过程启用 通过LED以蓝色闪烁表示目前正处于高电压蓄电池充电过程。闪烁频率约为0.7Hz。
充电暂停:初始化阶段已顺利完成且将来才会开始充电(例如自低费用时刻起充电)时,充电暂停或充电就绪如图8-73所示。
(4)充电结束 LED以绿色持续亮起时表示高电压蓄电池充电状态“已完全充电”,如图8-74所示。
(5)充电期间故障 如果在充电过程中出现故障(图8-75),就会通过LED以红色闪烁表示相关状态。在此LED以约0.5Hz的频率闪烁3次,每3组暂停约0.8s。
4.充电接口盖锁止。
通过一个弹簧操纵的锁钩使充电接口盖保持关闭状态。该锁钩是充电接口盖中控锁传动装置的组成部分。通过一个电动机使充电接口盖开锁/上锁,该电动机通过LIM进行控制,由车身域控制器要求充电接口盖开锁/上锁。
充电接口盖锁止如图8-76所示。在中控锁传动装置内装有一个微型开关,微型开关的状态(操作/未操作)说明充电接口盖(已打开已关闭)的状态。处于静止位置时,即充电接口盖关闭时,不操作微型开关。充电接口盖打开时,操作微型开关。此外,将充电接口盖压过限位位置时也会操作微型开关。
与锁止充电接口盖时类似,通过一个电控锁钩来锁止充电插头。
电气锁止充电插头可防止充电期间拔出充电插头从而产生电弧。启用车辆锁止功能时就会电气锁止充电插头。只要有充电电流流动,电气锁止功能就会一起启用。通过一个微型开关可识别锁止状态(图8-77),微型开关打开时表示充电插头处于锁止状态;微型开关关闭时表示充电插头处于中间位置或开锁状态。车辆开锁时也会以电气方式使充电插头开锁,在此之前会通过LM结束正在进行的充电过程。
电气部件损坏时(例如上锁电动机失灵),可通过手动方式使充电接口盖或充电插头开锁,如图8-78所示。
为此必须打开充电接口盖一侧的后车门。
打开后车门时可看到下部区域有两个蓝色按钮。需要打开充电接口盖时必须拉动上方蓝色按钮。拉动下方蓝色按钮会使充电插头开锁。
5.EME内的供电电子装置。
供电电子装置安装在电动机电子装置内,用于将充电接口提供的交流电压转换为高电压蓄电池充电所需的直流电压。交流电压通过单相方式传输至电动机电子装置。电动机电子装置可处理的输入电压范围:100~240V,50Hz或60Hz。
供电电子装置模块是一个单向AC/DC转换器,即整流器。电动机电子装置在与输入端电隔离的输出端上提供电子调节式直流电压或直流电流。由EME控制单元内的“高电压电源管理系统”功能提出输出电压和输出电流要求,计算数值并由EME进行调节时,确保可为高电压蓄电池进行最佳充电并为I01上的其他用电器提供充足电能。
EME的设计确保在其输出端侧可提供最大电功率3.7kW,在I01上这已足够在最佳边界条件下,在约6h内,使高电压蓄电池完全充电。
6.便捷充电电子装置。
便捷充电电子装置安装在I01后部一个与后备厢隔开的区域内,如图8-79所示。
进行7.4kW交流电充电时,便捷充电电子装置KLE的主要任务是将交流电压转换为直流电压,由KLE内两个模块构成的整流器电路执行该任务。供电电子装置模块由一个独立控制单元进行控制,该控制单元与整个单元名称相同,即便捷充电电子装置KLE。
便捷充电电子装置的设计确保在其输出端侧可提供最大电功率3.7kW。在I01上与标配EME供电电子装置一起可确保在最佳边界条件下在3~4h内使高电压蓄电池完全充电。这么短的充电时间可为客户带来较高的101使用舒适性,因此将该充电电子装置称为“便捷充电电子装置”。
交流电压通过单相方式传输给车辆或便捷充电电子装置。便捷充电电子装置可处理的输入电压范围:100~240V,50Hz或60Hz。便捷充电电子裝置在与输入端电隔离的输出端上提供电子调节式直流电压或直流电流。由EME控制单元内的高电压电源管理系统功能提出输出电压和输出电流要求,计算数值并由KLE进行调节时,确保可为高电压蓄电池进行最佳充电并为101上的其他用电器提供充足电能。
虽然便捷充电电子装置以明显高于90%的较高效率工作,但在完全功率输出时需要进行主动冷却,因此将其集成在电动驱动装置的冷却液循环回路内便捷充电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。
7.4kW交流电充电型号的便捷充电电子装置接口如图8-80所示。
(1)低电压接口 便捷充电电子装置上的多芯低电压插头包括以下导线和信号。
①KLE控制单元供电(前部配电盒和接地的总线端30B、总线端30)。
②通过总线端30C供电(发生事故时快速关闭)。
③总线系统 PT-CAN2。
④至BDC控制单元和EDME控制单元的唤醒导线。
⑤自LM的控制导线,通过其授权充电过程。
⑥高电压触点监控电路输入端和输岀端(KLE控制单元分析信号)。
KLE控制单元由总线端30和总线端30B供电,拥有两个唤醒导线输出端。通过这种方式,插入充电电缆后,便捷电子装置便可唤醒车辆车载网络内的控制单元。
KLE控制单元通过总线系统 PT-CAN2接收有关充电的要求和控制信号。此外还有根导线直接由LIM连接至便捷充电电子装置,只有当LIM通过该导线上的信号授权充电过程时,便捷充电电子装置才会开始转换电压从而执行充电过程便捷充电电子装置的高电压插头也集成在高电压触点监控电路内,通过低电压接口输送高电压接触监控检测信号并发送给其他高电压组件。KLE控制单元监控检测信号并在超出特定范围时中断充电过程。
(2)高电压接口 在便捷充电电子装置上带有三个高电压接口,用于高电压导线与充电接口(1个)以及与电动机电子装置(2个)连接。在带有增程器的I01车辆上,便捷充电电子装置还有一个高电压接口,用于连接增程电动机电子装置REME。
