4.3 530Le/F18 PHEV

宝马530Le的驱动系统由一台涡轮增压四缸汽油发动机（N20B20M0）、一个8速自动变速器（GA8P75HZ）和一个电机组成。与采用传统方式驱动的宝马525Li轿车相比，F18 PHEV所采用的ActiveHybrid技术的主要优点在于：在耗油量更低的同时进一步提高了驱动功率。530Le百公里加速用时7.1s，平均耗油量降低到百公里2.0L，CO₂排放量降至每公里49g（根据中国测试循环测得的数值，与所选轮胎规格有关）。

宝马530Le的电驱动装置可以进行纯电动行驶，因此能实现零排放，纯电动行驶时最高车速为120km/h，最大电动续航里程为58km。530Le高压组件与导线分布见图4-15。

4.3.1 高压电池（锂离子）

高压电池单元是一个整体系统，由以下基本组件构成：

高压电池单元主要负责存储电能。此外，它还承担有保障高压系统安全的基本任务，例如进行高压触点监测等任务。通过制动能量回收以及通过外部电力网络可给高压电池充电。

F18 PHEV的高压电池单元由Bosch苏州公司制造。高压电池单元的单格电池由Samsung公司生产。高压电池单元的研发同样由Bosch公司进行。

F18 PHEV高压电池中使用的单格电池属于锂离子电池（电池型号：NMCo-/LMO-Blend）。锂离子电池的正极材料是一种锂金属氧化物。

所选择的正极材料可针对在电动车中的使用而优化高压电池的各种特性（能量密度高、充电循环次数多）。和通常的蓄电池一样，负极材料采用石墨，锂离子在放电时嵌入石墨中。通过单格电池中使用的材料，总共可产生3.78V的额定电压。

高压电池单元安装在行李箱内后排座椅后面位置。要触到高压电池单元上的接口，必须拆下后排座椅靠背。电池模块安装位置与接口导线分布如图4-16所示。

电动冷却液泵输送冷却液流过高压电池单元。只要冷却液温度低于电池模块，就可以只靠冷却液循环来冷却电池模块。

借助一个冷却液-制冷剂热交换器（即冷却装置）降低冷却液温度。该冷却装置是高压电池冷却液循环和空调制冷剂循环之间的接口。

当冷却装置上的组合式膨胀阀和单向阀打开时，液态制冷剂流入冷却装置并蒸发。此时，制冷剂从周围环境中吸取热量，也从在冷却液循环管路中流过来的冷却液中吸收热量。电动制冷剂压缩机重新压缩制冷剂，然后输送到冷凝器，制冷剂在这里恢复液态。高压电池冷却部件如图4-17所示。

高压电池单元冷却液循环中的电动冷却液泵的功率为50W。它用一个支架固定在冷却装置上，位于行李箱凹槽右边，见图4-18。

冷却装置的任务是借助制冷剂冷却高压电池单元冷却液循环管路中的冷却液。因此，冷却装置由一个冷却液-制冷剂热交换器和一个组合式膨胀阀和单向阀组成，见图4-19。组合式膨胀阀和单向阀由SME控制单元通过一根导线直接控制。电气控制分为两个状态：

从图4-20所示的电路图可以看出，除了集中在8个电池模块中的单格电池，F18 PHEV高压电池单元还包含以下电气/电子部件：

除了电气组件，高压电池单元还包括冷却液管和冷却通道，以及电池模块的机械固定元件。

高压电池单元由8个串联的电池模块组成，见图4-21。每个电池模块分配有一个电池监控电子装置。电池模块本身由12个串联的单格电池组成。每个单格电池的额定电压为3.78V，额定电容量为40A·h。

为确保F18 PHEV中的锂离子电池正常工作，必须达到特定的运行条件：单格电池电压和单格电池温度不允许高于和低于特定数值，否则电池可能永久受损。出于这个原因，高压电池单元包含8个电池监控电子装置，它们被称为Cell Supervisory Circuit，CSC。CSC电路如4-22所示。

4.3.2 驱动电机

F18 PHEV中的电机是一台永磁同步电机。它能将高压电池的电能转换成机械能，由此驱动车辆。电机安装位置和结构见图4-23。

F18 PHEV既能在电动模式中以不超过120km/h的速度行驶，也能对发动机提供支持，例如在超车过程中（加速功能），或者在换档时主动支持发动机加大转矩。

相反，在制动模式和滑行模式中，电机将动能转化成电能并提供给高压电池（能量回收）。

电机主要组件有（图4-23）：

F18 PHEV中的混合动力系统是所谓的“并联式混合动力系统”。发动机和电机均与驱动轮机械连接。车辆驱动时，两个驱动系统既能单独使用，也能同时使用。F18 PHEV中的电机（驱动电机）结构采用内部转子的形式。“内部转子”表示带永久磁铁的转子呈环形排布在内部。产生旋转电磁场的绕组位于外部并构成定子。F18 PHEV的电机有8对极偶。

定子固定在转子空心轴上的一个法兰上方，空心轴与变速器输入轴嵌合连接。电机结构、接口如图4-24、图4-25所示。

电机自带一个节温器，将冷却液进流温度调到约80℃的最佳范围，见图4-26。由于电机工作温度低于发动机工作温度，因此这种调节是必要的。节温器通过一个石蜡恒温元件进行调节，该石蜡恒温元件随着冷却液温度膨胀和收缩。此时不存在电动控制。

4.3.3 电机电子控制系统的部件

电机电子控制系统（EME）内部有4个部件：

中间电路电容器也是功率控制电路的组成部分，用于平整电压并过滤高频部分。电机电子控制系统由一个独立的冷却液循环进行冷却，见图4-27。

4.3.4 电机电子控制系统的作用

电机电子控制系统（EME）用于电机的电子控制。它还负责将高压电池中的直流电压（最高约393V）转换成三相交流电压（最高约360V），从而控制驱动电机。相反，当电机作为发电机工作时，电机电子控制系统将电机的三相交流电压转换为直流电压，以此给高压电池充电。例如，在制动能量回收时就是进行这种转换。对于这两种运行模式，需要一个双向DC/AC变换器用作逆变器和整流器。

同时，凭借同样集成在电机电子控制系统中的DC/DC变换器确保12V车载网络的电源供应。

电机电子控制系统上的接口可分为4类（图4-28）：

在电机电子控制系统上共有5个高压接口，用于连接其他高压组件导线，见图4-30。它显示了电机电子控制系统和其他高压组件之间的高压连接。

4.3.5 自动变速器

自动变速器GA8P75HZ由ZF公司生产。

GA8P75HZ变速器中的混合动力部分由五个组件构成（图4-31）：

4.3.6 电动行驶制动

发动机在纯电动行驶期间不运行，因此不能驱动机械真空泵。为了在这种行驶状况还能确保制动真空的供应，在F18 PHEV中设置了一个辅助电动真空泵。

制动助力器中的真空由制动真空传感器记录，并由数字式发动机电子控制系统读取。通过电机电子控制系统进行电动真空泵的控制和监控。

动态稳定控制系统（DSC）的硬件由Bosch公司提供。此系统的零件名称为ESP9 HEV Premium。制动系统布置如图4-32所示。

这个名称的具体含义如下：

再生制动实现制动能量回收。此时，电机作为发电机工作，并且通过自动变速器→传动轴→后驱动桥→输出轴制动驱动轮。使用此时产生的能量通过电机电子控制系统为高压蓄能器充电，见图4-33。

与F10H和F04不同，在串联式制动主缸上未安装制动踏板位移传感器。取而代之的是直接在制动踏板上使用了一个制动踏板角度传感器。通过这种安排，无需调整串联式制动主缸。

此外，制动踏板的空行程总值扩大到2.25mm。因此，轻微制动完全可由后桥上的电机能量回收性能来承担。在这种运行状态中，车轮制动器的制动摩擦片只是轻靠在制动盘上，并不产生制动效果。这可以提高驱动装置的效率，因为有更多的可用能量返回到高压电池中。

4.3.7 电动制冷压缩机

电动制冷压缩机（EKK）的功能原理与F30H中或F01H中使用的压缩机原理一致。使用螺旋式压缩机（也称为涡流式）压缩制冷剂。电动制冷压缩机的电功率约为5kW。

EKK的高电压处于约288~400V的电压范围内。如果电压高于或低于这个范围，就会降低功率或断开EKK。

电动制冷压缩机的制造商为Sanden公司。电动压缩机连接管路如图4-34所示。

4.3.8 电加热装置

由于是混合动力汽车，530Le的发动机在许多行驶状况中产生的热量损失明显减少，并且发动机无法将冷却液循环加热至供暖所需的温度。出于这个原因，F18 PHEV配备一个电加热装置。这个装置的功能在原理上和直通式加热器相同。通过一个转换阀可建立一个独立的加热回路，由电动冷却液泵维持回路的循环。电动加热系统见图4-35。

电动冷却液泵、电动转换阀以及双水阀为12V组件，通过接线盒电子装置控制。

电加热装置的最大电功率为5.5kW（280V和20A）。电加热功能通过3个加热盘管实现，其功率分别约为0.75kW、1.5kW和2.25kW。在电加热装置内部，通过电子开关（Power MOSFET）控制加热盘管的接通（单个或共同接通），见图3-36，图3-37。