2016款雅閣混動車i-MMD系統詳解（一）

威海職業學院 劉 華

2016款雅閣混動車i-MMD系統詳解（一）

威海職業學院 劉 華

2016年9月，國產2016款雅閣混動（Sport Hybrid，非插電式）轎車上市，本田公司將該車應用的混合動力系統命名為智能多模式驅動i-MMD（intelligent Multi-Mode Drive）系統。i-MMD系統與豐田公司的第二代混合動力THS-II（Toyota Hybrid System Gen.II）系統（混聯式，利用行星齒輪結構作為發動機與雙電機的動力耦合裝置）不同，i-MMD系統采用了超越離合器來實現發動機驅動發電機或者驅動車輪的自動切換，該混合動力系統為串聯式基礎上同時具備發動機直接驅動車輪（高速巡行時）的全新混動模式。

1 i-MMD系統的組成及結構原理

2016款銳·混動雅閣轎車i-MMD系統主要由阿特金森（Atkinson）循環發動機、電動無級變速器E-CVT（內置發電機、驅動電動機、超越離合器及平行軸系及齒輪、主減速器及差速器總成等）、動力電池總成、動力控制單元PCU、線控換擋及儀表等組成（圖1）。

1.1 阿特金森循環發動機

2016款雅閣混動車安裝了型號為LFA11的阿特金森循環發動機（屬于本田最新的地球夢系列，熱效率高達38.9%，圖2），該發動機為直列四缸自然吸氣缸內直噴發動機，采用了雙頂置凸輪軸（DOHC）、進氣門可變氣門升程及正時VTEC系統及電動式進氣門可變氣門正時i-VTC系統，安裝了電控EGR系統，采用電動冷卻液泵。

出于規避專利的原因，阿特金森先生設計了一套復雜的連桿系統，實現了壓縮行程比膨脹行程更短，即壓縮比小于膨脹比。

圖2 阿特金森循環發動機

LFA11阿特金森循環發動機嚴格意義上應該為米勒循環發動機，但現在一般都習慣稱之為阿特金森循環。米勒循環通過延遲關閉進氣門，實現壓縮時氣流的“回流”功能，從而減少泵氣損失，降低了壓縮比，使壓縮比＜膨脹比，熱能更有效地轉換為動能，提高了發動機的熱效率及整車的燃油經濟性。混合動力型轎車一般都配套阿特金森循環發動機，其目的是追求經濟性而非動力性，而通過采用驅動電動機來達到提高動力性的目的。

LFA11阿特金森循環發動機也可以采用奧托循環（提供更大的功率輸出），通過動力控制單元對VTEC及i-VTC系統進行控制，進行自動切換。

LFA11發動機安裝了電控EGR系統，EGR系統由電動EGR閥、EGR冷卻器及連接管路等組成，EGR閥的開度由動力控制單元控制。EGR系統的主要作用是降低NOx的排放。

LFA11發動機采用了電動冷卻液泵代替傳統車型通過皮帶傳動的機械式冷卻液泵，從而減少了機械損失、降低發動機的負荷。此外，電動冷卻液泵的流量可自動調節，以確保充足的冷卻液供給，從而減少熱損失和爆震傾向。

1.2 電動無級變速器（E-CVT）

2016款雅閣混動車采用了電動無級變速器E-CVT，ECVT內部并無傳統的液力變矩器、齒輪或帶輪等變速結構，但保留了主減速器及差速器總成。E-CVT內部集成了發電機、驅動電動機、扭轉減振器、超越離合器、超越離合器齒輪、四根平行軸及齒輪等部件（圖3、圖4）。

1.2.1 飛輪與扭轉減振器

圖3 E-CVT總成

圖4 E-CVT內部結構示意圖

2016款雅閣混動車在車輛行駛中，當發動機起動或運轉中停止的瞬間，會產生很大的扭轉振動，而在E-CVT內部又取消了傳統的液力變矩器，無液力減震作用，因此，為減少傳動系統的扭轉振動，提高其可靠性以及駕乘的舒適性，在發動機飛輪與E-CVT的輸入軸之間安裝了扭轉減振器。

飛輪通過1個定位銷以及8個螺釘與曲軸凸緣連接，扭轉減振器通過6個螺釘固定在飛輪后端面上（圖5），E-CVT的輸入軸通過外花鍵插入扭轉減振器的內花鍵孔中，將發動機的動力輸入到E-CVT。

1.2.2 四根平行軸及齒輪

E-CVT內集成了四根平行軸及齒輪：輸入軸及齒輪、發電機軸及齒輪、驅動電動機軸及齒輪、副軸及齒輪（圖6）。

輸入軸的外花鍵與扭轉減振器的內花鍵連接，將發動機的動力輸入到E-CVT內部。輸入軸也與超越離合器連接。

圖5 飛輪及扭轉減振器

圖6 E-CVT內部四根平行軸

驅動電動機軸與驅動電動機的轉子連接，驅動電動機軸齒輪與副軸常嚙合齒輪嚙合，然后通過主減速器、差速器、半軸將動力傳給兩個前輪（驅動輪），驅動車輛行駛。駐車齒輪通過花鍵與驅動電動機軸連接，并隨驅動電動機軸同步轉動。

發電機軸與發電機的轉子連接，發電機軸齒輪與輸入軸的常嚙合齒輪嚙合。發動機轉動時，通過常嚙合齒輪傳動帶動發電機運轉。

副軸上集成了副軸常嚙合齒輪及主減速器驅動齒輪，副軸常嚙合齒輪與驅動電動機齒輪及超越離合器齒輪嚙合。主減速器驅動齒輪將來自驅動電動機或發動機的動力傳遞至主減速器從動齒輪，然后經過差速器、半軸傳遞至前輪（驅動輪）。

1.2.3 超越離合器及超越驅動齒輪

2016款雅閣混動車的i-MMD系統采用了超越離合器（圖7），超越離合器為液壓驅動的離合器（濕式多片式），位于輸入軸的末端。通過超越離合器改變動力傳遞路徑，從而實現在驅動發電機和驅動車輪之間切換發動機的動力。

當超越離合器不工作（分離），若發動機運行時，發動機動力將通過扭轉減振器→輸入軸→輸入軸齒輪→發電機軸齒輪→發電機軸→發電機，實現發動機驅動發電機發電。

圖7 超越離合器

當超越離合器工作（接合），發動機運行時，發動機動力將通過扭轉減振器→輸入軸→超越離合器→超越齒輪→副軸齒輪→副軸→主減速器驅動齒輪→主減速器從動齒輪→差速器→半軸→前輪，實現將發動機動力傳遞給前輪（驅動輪）。另外，當超越離合器工作（接合）且發動機運行時，發動機還將同時驅動發電機轉動（空轉）。

1.2.4 發電機及驅動電動機

發電機、驅動電動機為i-MMD系統的核心部件，兩者均采用了質量輕、體積小、效率高的三相永磁同步電動機。驅動電動機的最大功率為135 kW、最大轉矩為315 N·m，最高工作轉速13 000 r/min，額定功率為67.5 kW、額定轉矩為100 N·m，額定電壓700 V，絕緣等級為200，防護等級為IP55。

驅動電動機的作用是產生驅動力以驅動車輛或滑行、制動時回收能量。發電機的作用是發電并向高壓鋰電池充電及行駛中倒拖起動發動機。

驅動電動機與發電機的結構相同，均由安裝在殼體內的三相線圈定子、永磁轉子及電動機轉子位置傳感器等組成。定子線圈采用分布式繞組，以降低振動，并確保高速運行期間轉矩平穩。為了實現對電動機進行矢量控制，需精確測量電動機轉子的轉速及磁極的位置（相位），為此安裝了電動機轉子位置傳感器。電動機轉子位置傳感器采用旋轉變壓器的結構形式，由三個定子線圈和轉子（隨電動機轉子同步旋轉）組成。

發電機、驅動電動機的轉子具有很強磁性，因此在拆卸E-CVT過程中不可佩戴手表及心臟起搏器。

由于E-CVT內部仍然有機械傳動機構和離合器等部件，另外，驅動電動機、發電機也要通過變速器油進行散熱，所以仍需要使用并定期更換變速器油（型號為：ATF-DW1）。

1.3 動力電池總成

2016款雅閣混動車采用了高壓鋰電池作為動力電池（圖8，本田第一代混合動力系統為IMA，采用的是鎳氫電池）。動力電池總成安裝在車內后排座椅與后備箱之間的空腔內，動力電池總成的周圍均被高強度鋼構件包圍，防止車輛意外事故時，造成對鋰電池組的損壞而電解液泄漏，避免火災的發生。高壓鋰電池的質保期為10年或20萬km。

動力電池總成由高壓鋰電池、智能動力單元IPU及高壓鋰電池單元散熱風扇等組成。智能動力單元IPU內集成了DC/DC轉換器、連接板、接觸器板、維修連接器、高壓鋰電池狀態監視器單元和漏電傳感器等。

圖8 動力電池組總成（整體從車上拆下）

1.3.1 高壓鋰電池

高壓鋰電池的生產廠家為日本“藍色能源有限公司”，高壓鋰電池的由9個電芯串聯組成一個電池單元，8個電池單元串聯組成高壓鋰電池組（圖9）。高壓鋰電池組的總電壓為 259.2 V，儲存的總電能為1.3 kW·h。

高壓鋰電池組采用空氣冷卻，通過風扇散熱，通風入口設在乘員艙內后排座椅最左側處，乘員艙的空氣通過通風口被抽入后鋰電池進行冷卻，然后由位于后備箱內的通風口排出車外。通風口務必不要被遮蓋，否則會造成高壓鋰電池組溫度過高，影響鋰電池的電能輸出甚至造成為了保護鋰電池而關閉整個高壓電系統的情況。

圖9 高壓鋰電池組

1.3.2 連接板及接觸器板

連接板和接觸器板隔離高壓鋰電池電能，并將電能分配到其他高壓系統。系統配備一個高壓維修連接器，該連接器位于連接板和接觸器板之間。連接板和接觸器板電路的兩側均有電極。此外還配備了高壓鋰電池電流傳感器及防止損壞零部件的預充接觸器。

1.3.3 維修連接器

維修連接器（圖10）安裝在高壓鋰電池組上。在保養或維修操作期間，需先拆下維修連接器，以切斷高壓鋰電池的能量輸出。

圖10 維修連接器

用于隔離高壓鋰電池的機械裝置已由傳統的開關型裝置更改為拉出型連接器。維修連接器具有互鎖功能，與接觸器的開閉功能配合工作。

1.3.4 高壓鋰電池狀態監視器單元

高壓鋰電池狀態監視器單元（也稱為電源管理系統BMS）監控多個部件并控制高壓鋰電池系統的工作。

在正常行駛期間，高壓鋰電池狀態監視器單元控制車輛各系統所需的供電，監控高壓高壓鋰電池的充電狀態，控制12 V電氣系統的電力供給，并控制高壓鋰電池系統的冷卻。

（1）高壓電控制。高壓鋰電池狀態監視器單元打開連接板和接觸器板的高壓接觸器。這樣，電力可以輸送到車輛的高壓系統、PCU、DC-DC 轉換器和空調壓縮機。接觸器板配備一個預充接觸器，以防止損壞高壓接觸器。接線板打開負極側的次接觸器，接觸器板打開預充接觸器，這樣便禁用了至正極側接觸器板中主接觸器的電源供給，從而防止損壞高壓零件。

（2）鋰電池剩余電量SOC控制。在正常行駛期間，高壓鋰電池狀態監視器單元通過電流傳感器不斷監控高壓鋰電池的剩余電量SOC。此外，高壓鋰電池狀態監視器單元接收來自電池單元電壓傳感器的信息，主動平衡各高壓鋰電池單元的電壓。

（3）系統控制。高壓鋰電池狀態監視器單元與動力控制模塊PCM通信，決定是否有必要對12 V系統充電，并監控 DC-DC轉換器工作期間的溫度。高壓鋰電池狀態監視器單元根據這些數據，維持12 V蓄電池的電儲存量并控制DC-DC轉換器。當DC-DC轉換器出現問題時，高壓鋰電池狀態監視器單元將信息發送給PCM，12 V充電系統指示燈激活。

（4）高壓鋰電池的冷卻。高壓鋰電池組配備多個溫度傳感器。當高壓鋰電池溫度上升時，高壓鋰電池狀態監視器單元激活高壓鋰電池的單元風扇。

（5）碰撞檢測。當碰撞發生時，SRS控制單元向高壓鋰電池狀態監視器單元發送碰撞信息。從SRS控制單元接收到信息之后，高壓鋰電池狀態監視器單元立刻斷開主接觸器使高壓系統自動關閉。

1.3.5 漏電傳感器

漏電傳感器位于高壓鋰電池組的上部。它監測高壓電路并判斷電路中是否有短路現象，如果傳感器識別到存在短路現象，會將信息發送給高壓鋰電池狀態監視器單元。

1.3.6 DC-DC轉換器

DC-DC轉換器將高壓鋰電池的259.2 V電壓轉換為12 V電壓，為12 V蓄電池和12 V電氣系統提供電能（備注：2016款雅閣混動車取消了傳統車型的12 V電氣系統用的發電機）。

DC-DC轉換器有一個內置溫度傳感器，該傳感器可向高壓鋰電池狀態監視器單元發送溫度數據。如果識別到溫度異常升高，高壓鋰電池狀態監視器單元將使 DC-DC轉換器停止工作，并點亮充電警示燈。

當檢測到輸入電壓和輸出電壓異常時，高壓鋰電池狀態監視器單元也將使DC-DC轉換器停止工作，并點亮充電警示燈。

DC-DC轉換器在工作期間會產生熱量，當DC-DC轉換器溫度上升到規定值時，高壓鋰電池狀態監視器單元將控制高壓鋰電池單元風扇轉動，以降低溫度。

1.2.7 高壓鋰電池單元風扇

高壓鋰電池系統配備一個高壓鋰電池單元風扇。風扇集成了一個控制單元，該控制單元與高壓鋰電池狀態監視器單元通信，并可用于監測和控制高壓鋰電池系統的溫度。

說明：即使車輛未使用，高壓鋰電池也會逐漸放電。因此，若車輛長時間停放，鋰電池的電量將變低。長時間處于電量低的狀態將會縮短高壓鋰電池的壽命。為了維持高壓鋰電池的電量，廠家要求至少每3個月駕駛車輛30 min以上。

（未完待續）

2017-03-10）