寶馬i3驅動電機設計和性能解析


引言

寶馬i3也被稱作MegaCity車型,寶馬計劃在該車於2014年推出上市的第一年能夠銷售3萬輛該車型。i3量產版與i8混合動力超跑車一起在2013年發佈亮相。這兩款車型將會在萊比錫工廠投產,將基於“LifeDrive結構”打造,該“LifeDrive結構”擁有一個鋁製底盤和一個碳纖維加固塑料(CFRP)駕駛座艙。全新寶馬i3採用了先進的電力驅動系統,該系統與寶馬1系Active-E的全電力驅動系統十分相似,最高輸出功率可達167馬力,將動力輸出至後輪。車輛依靠一組鋰離子電池提供電量,在電量充足的情況下,最大續航里程可達257公里,最高時速可達160公里每小時。電池組還可以支持快速充電模式,電池組完成充電80%僅需要一個小時的時間。i3轎車除充電3小時可行駛113-177公里外,其新穎的設計還使司機可用同一塊踏板實現加速或制動(前進時踩下,制動時抬起),這將會提高能源效率。而鑑於所謂的里程焦慮仍是人們不願購買電動車的頭號原因,寶馬公司將率先推出打消顧客疑慮的措施,包括選裝在緊急時刻能為汽車電池充電的汽油發動機,以及臨時借給車主一輛汽油燃料汽車以便進行長途旅行的計劃。


一、電驅動主要組成


電驅動的主要參數:根據官方數據,基於360V的電壓平臺,電機最大功率125kW,最大轉速11400rpm,最大扭矩250Nm,總重42kg,功率密度接近3kW/kg。功率控制單元(PCU)包括:電機控制器、DCDC(360V轉12V)和3.7KWOBC,整個PCU重19Kg。


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圖2 功率控制單元(PCU)


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圖3 拆分圖


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圖4 3D圖紙


整個功率控制單元裡面包括了電機控制器、DCDC和OBC,由於DCDC和OBC我不怎麼接觸,就上兩塊板子,自己參考解析,本人能力有限,就不獻醜了。


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圖5 DCDC板正面


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圖6 DCDC板背面


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圖7 OBC板正面


接下來,主要了解一下他的控制板、驅動板和功率模塊。


二、控制板


寶馬i3電驅動控制板正面如下:


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圖8 控制板正面


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圖9 控制板背面


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圖10 控制板芯片標識圖


電源部分

控制板電源部分採用的是BOSCH的汽車發動機ECU電源芯片48032,具體的參數沒有找到,只找到了下面這個信息,供大家參考,有資源的朋友可以分享一下,在下不勝感激。


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圖11 BOSCH汽車發動機ECU電源芯片48032


控制部分

控制部分採用的是英飛凌的雙DSP TC1797-512F180E和一塊Altera的MAX II EPM570T100A5N的CPLD,根據電源、接口的設計和雙英飛凌DSP的設計,猜測寶馬有可能將ECU集成在電機控制器的控制板上。


旋變部分

旋變採用的ADI的AD2S12XX系列的旋變解碼芯片,這個芯片的典型電路在原來的幾篇文章中也有提到。


三、驅動板


動方案採用的是英飛凌的1ED020L12-FA的驅動方案,並採用圖騰柱進行驅動電流的提升,NPN和PNP對管採用的是DIODES的ZXTN2010Z(851)和ZXTP2012Z(951),三相電流檢測採用的是LEM的型號為HC5F700電流為700A的電流傳感器,IGBT與驅動板的鏈接使用的是接插件,不用進行焊接。


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圖12 驅動板裝配圖


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圖13 驅動板芯片標識圖


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圖14 驅動板背面


其中電源部分使用的芯片分別為ST的VIPER16和IR(被英飛凌收購)的AUIR2085S。


四、功率模塊


功率模塊採用的是英飛凌的HP2系列的FS800R07A2E3,650V/800A的IGBT模塊。


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圖15 功率模塊


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圖16 IGBT尺寸


五、母線電容


電機控制器使用的母線電容為450V/475uF。


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圖17 拆分圖


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