纯电动汽车学习入门(十六)——大众ID.4纯电动汽车(上)

◆文/北京 李玉茂

李玉茂 (本刊编委会委员、特约编辑)

中国汽车工程学会认证资深工程师、中国汽车工程学会汽车应用与服务分会特聘专家，从事汽车维修工作40余年，在大众车系电控系统故障诊断领域经验丰富。现任北京市工业技师学院汽车技术应用系顾问，清华大学、北京理工大学师资培训基地汽车专业专家。

(接2022年第11期)

一、概述

1.ID.4纯电动汽车

大众汽车有限公司生产的纯电动汽车ID系列，包括ID.2、ID.3、ID.4、ID.6等车型。ID.4是基于纯电动汽车专属MEB平台的紧凑型SUV，后置两驱或者双电机四驱。2020年11月3日，上汽大众首款MEB平台车型ID.4 X上市(图1)；2021年1月19日，一汽大众ID.4 CROZZ开启预售(图2)。前者在海外原版ID.4的基础上对外观及内饰细节进行了调整，后者是原汁原味引入了海外原版ID.4。

图1 上汽大众ID.4 X

图2 一汽大众ID.4 CROZZ

ID.4纯电动汽车被评为2021世界年度车型，其高压电系统如图3所示，经过全新设计，与模块化电动车平台无缝集成。

图3 高压电系统

ID.4设有交流和直流充电口，位于右后翼子板处，如图4所示。车载充电机准许使用家用插座或公共2类(级、型)交流充电桩，充电1h可以行驶约53km，在7.5h内可以充满电。使用直流125kW充电桩，可以在大约38min内从5%充电到80%。

图4 充电口

2.高压电部件安装位置

高压电部件包括：动力电池AX2、充电口UX4、车载充电机AX4、DC/DC转换器A19、驱动电机VX54、电机控制器(具有电力和电子控制作用)JX1、空调电动压缩机VX81、空调PTC元件ZX17、电池PTC加热器Z132，安装位置如图5所示。

图5 高压电部件安装位置

3.高压电缆

在电机控制器内部装有EMC电磁兼容与抑制滤波器，其具有抑制高压电缆对外发射电磁波的作用，所以高压电缆不采用屏蔽层。高压电缆连接不采用接线板，被车辆前部、后部2个连接点取代，如图6所示。连接点采用小连接器，在电缆线束生产过程中加热连接点，使其熔化无法分开，优点是保证高压电缆稳定连接，缺点是必须整体更换高压电缆，增加维修成本。

ID.4高压电缆连接如图7所示，车辆前部连接点将DC/DC转换器A19、电动压缩机VX81、电池PTC加热器Z132和空调PTC元件ZX17连接到一起，然后与车辆后部的车载充电机AX4连接。车辆后部的连接点，与动力电池AX2连接。动力电池AX2分别与充电口UX4的快充口、电机控制器JX1连接。充电口UX4的慢充口与车载充电机AX4之间用交流220V电缆连接。电机控制器JX1与电机VX54之间，用U、V、W三相铜排连接。

二、动力电池AX2

动力电池AX2兼容7～12模组，续航里程330～600km，电池包安装在轻型铝制结构的壳体中，外壳用螺栓固定在底盘下部，动力电池箱是车辆底盘的一部分。

1.模组

电池单体采用宁德时代三元锂NCM811(镍钴锰配比8:1:1)方形电池，能量密度175W/kg，单体标称电压3.7V。单体并联组成模块，模块串联组成模组(图8)，模组串联组成电池包(图9)。

图8 模组

图9 电池包(82kWh)

2.62kWh电池包

62kWh电池包的各个模组相同，每个模组内有24个单体，如图10所示，先以2个单体并联组成模块，再以12个模块串联组成模组，连接方式2P12S。引出正极端子和负极端子，模组标称电压3.7V×12=44.4V。

由9 个模组串联组成电池包，如图11 所示，连接方式2P108S，电池包标称电压3.7V×108=399.6V，电池包一共有216个单体。

3.82kWh电池包

82kWh电池包的各个模组相同，每个模组内有24个单体，如图12所示，先以3个单体并联组成模块，再以8个模块串联组成模组，连接方式3P8S，引出正极端子和负极端子，模组电压3.7V×8=29.6V。

由12 个模组串联成电池包，如图13 所示，连接方式3P96S，电池包标称电压3.7V×96=355.2V，电池包一共有288个单体。

4.技术参数

动力电池AX2采用液体冷却和加热，工作温度-28～60℃，防护等级IP67及IP69K，技术参数见表1。

表1 ID.4动力电池技术参数

5.电池箱插座

电池箱插座如图14所示，位于车辆底板下方后部，包括1个低压插座和3个高压插座。低压插座接至：30号线、30C号线、31号线、动力CAN总线、安全气囊控制单元J234、电池冷却液温度传感器G898和G899、电池PTC加热器Z132、电池冷却液泵V590、电控水阀V683和V696、控制信号线等。

图14 电池箱插座

6.正极、负极开关单元

正极开关单元SX8、负极开关单元SX7的作用是，接通或断开电池正极、负极与外部高压电缆的连接。2个开关单元有不同的分工，并适应不同能量电池箱内的安装空间，62kW电池箱的开关单元如图15所示。由于DC/DC转换器A19，负责对电机控制器中的超级电容器充电，所以负极开关单元SX7中没有预充继电器和预充电阻。

图15 开关单元

(1)正极开关单元SX8

正极开关单元SX8如图16所示，内部装有正极继电器J1057、快充正极继电器J1052、正极熔断器S352等。S352的熔断速度比高压继电器响应快，可以提高高压系统的安全级别。如果S352熔断，无单独备件更换，必须更换正极开关单元SX8。

图16 正极开关单元SX8

S352保护的高压电部件有：车载充电机AX4、DC/DC转换器A19、电动压缩机VX81、空调PTC元件ZX17、电池PTC加热器Z132。图16中的5、6、7是高压电缆接头，通过电缆分别与电池箱3个高压插座连接。BMS控制单元J840，实时监测正极继电器J1057和快充正极继电器J1052触点两侧电位，当触点出现接触不良或高压电缆绝缘电阻低于下限，J840立即采取安全措施。

(2)负极开关单元SX7

负极开关单元SX7如图17所示，内部装有负极继电器J1058、快充正极继电器J1053、负极熔断器S415。如果S415熔断，无单独备件更换，必须更换负极开关单元SX7。

图17 负极开关单元SX7

图17中的1、5、6是高压电缆接头，通过电缆分别与电池箱三个高压插座连接。BMS控制单元J840，实时监测负极继电器J1058和快充负极继电器J1053触点两侧电位，当触点出现接触不良或高压电缆绝缘电阻低于下限，J840立即采取安全措施。

7.BMS控制单元J840

BMS控制单元J840如图18所示，安装在电池箱内。J840连接动力CAN总线，作为主控单元，通过LIN总线连接分控盒和电池PTC加热器Z132。J840控制和监测电池箱的正极、负极开关单元，监测高压电缆绝缘电阻，监测控制信号，对外提供测量的电池数值。当发生故障时，熔断负极熔断器S415，切断电池供电回路。J840上面有32针、12针和40针3个插座，32针插座与分控盒和电池箱低压插座连接，包括EV-CAN总线和分控盒的LIN总线。12针插座采集正极、负极继电器触点两侧的电压信号。40针插座，连接电池负极熔断器S415、电池加热器1号温度传感器G1132和2号温度传感器G1133、电池1号电压传感器G848和电池2号电压传感器G1131。

图18 BMS控制单元J840

8.分控盒J1208、J1209、J1210

分控盒的功用是监测模块电压和模组温度，以及模块均压。ID.4采用被动均压方式，利用电阻器将所有模块放电至最低的模块电压。分控盒通过LIN总线将监测模组的信息发给BMS控制单元J840。分控盒如图19所示，有一个12针插座，用来连接BMS控制单元J840；有4个22针插座，每个插座连接一个模组，最多可以连接4个模组。

图19 分控盒

三、车载充电机AX4

车载充电机AX4如图20所示，安装在车辆后部，功用是将单相220V交流电转换成高压直流电，对动力电池充电。AX4输入交流电压78～272V，输入交流电流16～50A，输出直流电压220～470V。62kWh电池包的最大交流充电功率7.2kW，82kWh电池包的最大交流充电功率11kW，充电效率94%。充电控制单元J1050对充电过程进行调节和监控，充电机工作温度-40～65℃。

图20 车载充电机AX4

与充电机AX4连接的部件如图21所示，包括：充电口盖电子锁F496、充电口LED灯L263、交流充电口、交流充电口电子锁F498、充电口温度传感器G853、G1151和G1152(图中未画)。AX4通过DC-CAN总线连接直流充电桩，通过EV-CAN总线连接ICAS1控制单元，ICAS1具有充电管理功能。

图21 车载充电机连接的部件

四、DC/DC转换器A19

DC/DC转换器A19如图22所示，安装在车辆前机舱，有2个功用：①对12V电气设备供电和对12V蓄电池充电；②利用双向操作，对电机控制器JX1中的超级电容器C25进行充电或放电。它是动力电池以外的高压电源，但不能给动力电池充电。A19输入直流电压150～475V，输出直流电压12V，功率3kW。在高压系统断电维修时，必须检查A19是否断电，防止维修人员防触电。

图22 DC/DC转换器A19

图1062kWh电池包的模组

图1162kWh电池包

图1282kWh电池包的模组

图1382kWh电池包