2018款路虎攬勝運(yùn)動插電式混合動力（PHEV）新技術(shù)（二）

青海/李生登

三、高壓部件及操作

1.高壓系統(tǒng)概述

混合動力系統(tǒng)高壓部件如圖15所示，高壓部件電路如圖16所示。高壓系統(tǒng)各部件的功能簡要說明如表3所示。車輛監(jiān)控控制器（VSC）是混合動力系統(tǒng)的管理器，VSC負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。車輛監(jiān)控控制器（VSC）集成在動力傳動系統(tǒng)控制模塊（PCM）中。VSC 負(fù)責(zé)控制以下事項(xiàng)：

◆混合動力部件的通電/斷電

◆高壓蓄電池荷電狀態(tài)的管理

◆高壓蓄電池加熱和冷卻策略的管理

◆動力傳動系統(tǒng)總扭矩/功率需求的確定

◆發(fā)動機(jī)和電動發(fā)電機(jī)（MG）之間所需推進(jìn)扭矩最佳分配的確定

◆HEV工作模式的確定

◆驅(qū)動模式轉(zhuǎn)換的管理

◆結(jié)合變速器控制模塊（TCM），控制變速器離合器組件以最大程度降低傳動系統(tǒng)拖曳和分流

◆任何混合動力系統(tǒng)故障的管理

2.高壓蓄電池和蓄電池電量控制模塊（BECM）

高壓蓄電池如圖17所示，高壓蓄電池由多個鋰離子電池單元組成，它們連接在一起組成模塊。HV電池由9個模塊組成。每個模塊包含12個連接在一起的鋰離子電池。這些模塊再連接在一起就組成了HV電池。每個模塊的最高電壓為50.4V。該蓄電池的額定電壓為388.8V，13.1kWh、105kW。高壓蓄電池和電纜可為車輛提供直流電（DC）高壓電源。外部電源供應(yīng)的電能通過蓄電池充電器控制模塊（BCCM）向高壓蓄電池充電，或者在再生制動時(shí)由電動發(fā)電機(jī)（MG）產(chǎn)生的電能向高壓蓄電池充電。

┃ 圖15 高壓部件

┃ 圖16 高壓部件電路

表3 高壓系統(tǒng)各部件功能

┃ 圖17 高壓蓄電池

蓄電池電量控制模塊（BECM）是高壓蓄電池的一個組成部分。BECM 控制單個電池的電壓、內(nèi)部溫度、預(yù)充電接觸器和高壓繼電器（接觸器）。

BECM 通過高速（HS）控制器局域網(wǎng)（CAN）電源模式系統(tǒng)總線與高壓系統(tǒng)和其他車輛系統(tǒng)進(jìn)行通信。該控制模塊直接控制：

◆高壓蓄電池泵

◆高壓蓄電池加熱器

◆高壓蓄電池冷卻器，連接至由自動溫控模塊（ATCM）控制的空調(diào)（A/C）系統(tǒng)

◆高壓蓄電池隔離閥

◆高壓接觸器

BECM 控制由高壓蓄電池輸送或供應(yīng)的高壓電力。如果高壓蓄電池內(nèi)部溫度超出正常工作溫度范圍，則BECM將會限制輸送或供應(yīng)的電量。BECM也會控制高壓蓄電池的溫度。在車輛行駛時(shí)，高壓蓄電池溫度控制將會工作。當(dāng)蓄電池充電器控制模塊（BCCM）通過充電端口連接至外部電源時(shí)，高壓蓄電池溫度控制也會工作。

當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)首次打開時(shí)，預(yù)充電接觸器關(guān)閉，之后主正極接觸器關(guān)閉以使HV 電路通過電阻形成回路。如果這一步操作成功，在監(jiān)測測試之后，主負(fù)極接觸器則會關(guān)閉，以使HV電路通過全部電壓。當(dāng)主負(fù)極接觸器關(guān)閉時(shí)，預(yù)充電接觸器打開。事件發(fā)生序列如下：

◆預(yù)充電接觸器關(guān)閉

◆主正極接觸器關(guān)閉

◆系統(tǒng)自檢完成

◆主負(fù)極接觸器關(guān)閉

◆預(yù)充電接觸器打開

這一操作用于防止突發(fā)的初始電泳，以免主接觸器端子間產(chǎn)生電弧。同時(shí)也會進(jìn)行隔離監(jiān)測，只要主接觸器關(guān)閉，即可測試所有受到監(jiān)測的HV電路的絕緣完整性。當(dāng)主接觸器打開時(shí)，則僅可監(jiān)測HV電池的HV電路。為了在主接觸器打開時(shí)繼續(xù)監(jiān)測HV電路，會啟動預(yù)充電接觸器序列，以便對電路施加電壓。電壓施加大約10ms，期間執(zhí)行內(nèi)部測量。在主接觸器打開時(shí)，這一測量會連續(xù)重復(fù)。

每11天，蓄電池電量控制模塊（BECM）就會對高壓蓄電池中的所有電池單元執(zhí)行一次電池平衡操作。電池平衡操作會將所有蓄電池單元的電壓降至各單元的最低電壓水平。經(jīng)過多次電池平衡操作后，高壓蓄電池的荷電狀態(tài)會降低。為了避免降低高壓蓄電池荷電狀態(tài)，建議長時(shí)間不使用車輛時(shí)，通過車載充電器將車輛連接至外部電源，或者每30天至少連接一次外部電源。

3.高壓互鎖

高壓互鎖回路是一個安全系統(tǒng)，用于防止高壓電纜在因?yàn)槿魏卧驍嚅_時(shí)帶電。高壓互鎖回路由蓄電池電量控制模塊（BECM）進(jìn)行控制，通過檢測回路的電流和電阻，判斷回路是否斷開。拆下任何高壓部件上的高壓電纜后，高壓互鎖回路電路將會斷開，BECM 將會斷開高壓電路。BECM會將高壓蓄電池內(nèi)的2個繼電器斷電，從而以電氣方式斷開高壓蓄電池。如圖18所示，高壓互鎖回路有一個12V電氣回路，該回路連接以下部件高壓接頭：

◆高壓蓄電池

◆直流/直流轉(zhuǎn)換器

◆蓄電池充電器控制模塊（BCCM）

◆高壓接線盒（HVJB）

◆電動空調(diào)（A/C）壓縮機(jī)

◆高壓冷卻液加熱器。

4.手動維修斷開裝置（MSD）

手動維修斷開裝置（MSD）如圖19所示，位于電壓蓄電池（行李箱地板下方）的左前角中。MSD用于斷開高壓蓄電池內(nèi)的電路。MSD具有一個鎖桿，必須先移動該鎖桿才可從接頭上拆下MSD。MSD含有一個250A保險(xiǎn)絲，用于高壓電源供應(yīng)。拆下MSD后，高壓接觸器之前的高壓電源正極將會變?yōu)閿嗦?。這意味著，在MSD斷開/拆下之后，將無法在HV 蓄電池接線柱上測到任何電壓。

┃ 圖18 高壓互鎖回路

┃ 圖19 手動維修斷開裝置（MSD）

5.高壓接線盒（HVJB）

高壓接線盒（HVJB）如圖20所示，它得到來自高壓蓄電池的供電，并將電能分配給高壓部件，如空調(diào)壓縮機(jī)和直流/直流轉(zhuǎn)換器、空調(diào)壓縮機(jī)等。當(dāng)車輛連接至電網(wǎng)供電進(jìn)行充電時(shí)，HVJB 還會接收來自BCCM的電源。HVJB 內(nèi)含高壓系統(tǒng)的保險(xiǎn)絲。該保險(xiǎn)絲無法單獨(dú)更換。

┃ 圖20 高壓接線盒（HVJB）

6.蓄電池充電器控制模塊（BCCM）

蓄電池充電器控制模塊（BCCM）如圖21所示，在連接至外部電源時(shí)，BCCM 將交流電（AC）電壓轉(zhuǎn)換為對高壓蓄電池充電所需的直流電（DC）。BCCM將會調(diào)節(jié)充電電流以防止高壓蓄電池?fù)p壞。BCCM 通過HS CAN 電源模式0 系統(tǒng)總線與高壓蓄電池中的蓄電池電量控制模塊（BECM）進(jìn)行通信。

7.直流/直流轉(zhuǎn)換器

直流/直流（DC/DC）轉(zhuǎn)換器如圖22所示，它為車輛和啟動蓄電池提供12V電源。直流/直流轉(zhuǎn)換器位于右側(cè)的車輛地板下方，在電力變頻轉(zhuǎn)換器（EPIC）上方。直流/直流轉(zhuǎn)換器由高壓蓄電池供電，將來自高壓蓄電池的高壓電源轉(zhuǎn)換為12V電源，用于對12V啟動蓄電池充電，并提供給所有12V部件使用。直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸出約為14V。發(fā)電機(jī)不再執(zhí)行此功能。高壓電路和低壓電路以“電流隔離”的方式相互隔離（高壓和12V電路之間沒有直接連接）。這就防止了高壓和低壓電路連接到一起。直流/直流轉(zhuǎn)換器并不能將12V電壓轉(zhuǎn)換為高壓來為高壓蓄電池充電。警告：直流/直流轉(zhuǎn)換器屬于12V電源。對于需要斷開12V蓄電池的任何維修，必須也要斷開直流/直流轉(zhuǎn)換器（例如，拆卸安全氣囊時(shí)）。利用Jaguar LandRover 診斷設(shè)備上的應(yīng)用程序，可以用電氣方式完成此操作。如果應(yīng)用程序不可用，則必須以物理方式從直流/直流轉(zhuǎn)換器上斷開12V連接。

┃ 圖21 蓄電池充電器控制模塊（BCCM）

┃ 圖22 直流/直流（DC/DC）轉(zhuǎn)換器

┃ 圖23 直流/直流轉(zhuǎn)換器控制框圖

直流/直流轉(zhuǎn)換器控制框圖如圖23所示，它有兩個用于提供冷卻的發(fā)動機(jī)冷卻液連接。發(fā)動機(jī)冷卻液的流量由EPIC控制。EPIC 控制一個電動冷卻液泵，以便根據(jù)冷卻需求調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)冷卻液的流量。直流/直流轉(zhuǎn)換器通過HS CAN 電源模式系統(tǒng)總線接收來自車身控制模塊/網(wǎng)關(guān)模塊（BCM/GWM）的通信。BCM/GWM 將會發(fā)送充電負(fù)載請求，直流/直流轉(zhuǎn)換器將會生成正確的輸出電壓和電流以匹配車輛負(fù)載請求。在下列情況，直流/直流轉(zhuǎn)換器可能會被禁用：

◆溫度過高

◆高壓系統(tǒng)電壓過高或過低

◆12V系統(tǒng)電壓過高或過低

◆電流過高

◆ CAN 信號不正確

8.電力變頻轉(zhuǎn)換器（EPIC）

電力變頻轉(zhuǎn)換器（EPIC）如圖24所示，它控制混合動力驅(qū)動總成，該總成包含電動發(fā)電機(jī)（MG）。EPIC 接收來自動力傳動系統(tǒng)控制模塊（PCM）的信息并根據(jù)需要在電機(jī)和發(fā)電機(jī)兩個角色之間切換MG的操作。當(dāng)MG作為電機(jī)工作時(shí)，由高壓蓄電池提供電力。當(dāng)MG作為發(fā)電機(jī)工作以實(shí)現(xiàn)再生制動時(shí)，高壓蓄電池存儲電能。當(dāng)需要MG作為電機(jī)時(shí)，EPIC 通過三相電纜提供高壓交流電（AC）。交流電（AC）的相位根據(jù)來自MG的扭矩需求和來自MG位置傳感器的信號進(jìn)行變化。當(dāng)需要MG作為發(fā)電機(jī)時(shí)，MG向EPIC 提供三相交流電（AC）。EPIC 將交流電（AC）整流為直流電（DC）并調(diào)節(jié)電壓以便向高壓蓄電池充電。

EPIC由動力傳動系統(tǒng)控制模塊（PCM）控制。PCM 通過FlexRay與EPIC進(jìn)行通信。EPIC連接至發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)，并控制一個電動冷卻液泵以防止EPIC過熱。EPIC利用脈寬調(diào)制（PWM）信號控制電動冷卻液泵的轉(zhuǎn)速，從而控制冷卻液的流量。由EPIC 控制的冷卻液流量也對高壓蓄電池車載充電器、MG 和直流/直流轉(zhuǎn)換器進(jìn)行冷卻。

9.變速器和電動發(fā)電機(jī)（MG）

ZF 8P75XPH 變速器是電控液動的8速自動變速裝置，專用于插電式混合動力電動汽車（PHEV）。如圖25所示，ZF8P75XPH 變速器在設(shè)計(jì)上與傳統(tǒng)的ZF 8HP70 變速器類似，但有以下主要差別：

┃ 圖24 電力變頻轉(zhuǎn)換器（EPIC）

┃ 圖25 ZF 8P75XPH 自動變速

◆變矩器由電動發(fā)電機(jī)（MG）和帶發(fā)動機(jī)斷開離合器（K0）的獨(dú)立雙質(zhì)量飛輪（DMF）所取代

◆變速器中的制動器“B”取代了傳統(tǒng)的變矩器功能，充當(dāng)“起步離合器”，讓車輛從靜止?fàn)顟B(tài)開始移動（一體式啟動機(jī)元件）

除了機(jī)械變速器油泵之外，車輛上還安裝了一個電動變速器油泵，用于在車輛未行駛且發(fā)動機(jī)熄火時(shí)供應(yīng)液壓壓力。該泵由12V系統(tǒng)供電，由TCM 通過PWM 信號進(jìn)行控制。電動油泵位于變速器內(nèi)的閥塊后部。

┃ 圖26 電機(jī)-發(fā)電機(jī)（MG）

施加到變速器上的扭矩由一體式啟動機(jī)元件進(jìn)行控制。TCM 和PCM控制起步離合器的操作。一體式啟動機(jī)元件就是先前傳統(tǒng)ZF 8HP70 變速器中的“制動器B”離合器。起步離合器提供受控的離合器打滑，在傳統(tǒng)變速器中，該打滑由變矩器提供。

電機(jī)發(fā)電機(jī)（MG）如圖26所示，它的運(yùn)行由電力變頻轉(zhuǎn)換器（EPIC）以及動力傳動系統(tǒng)控制模塊（PCM）進(jìn)行控制。EPIC 根據(jù)需要在電機(jī)和發(fā)電機(jī)兩個角色之間切換MG 的操作。當(dāng)需要MG 作為電機(jī)時(shí)，EPIC 向MG 中的三相繞組提供高壓交流電（AC）。三相交流電（AC）的相位由EPIC 利用來自3個MG 位置傳感器的信號數(shù)據(jù)控制。當(dāng)需要MG 作為發(fā)電機(jī)時(shí)，MG 生成三相高壓交流電（AC）并通過三相電纜傳輸至EPIC。

MG剖面圖如圖27所示，它的外側(cè)環(huán)繞著一個水套，該水套提供了供發(fā)動機(jī)冷卻液循環(huán)并冷卻MG的通道。發(fā)動機(jī)冷卻液的循環(huán)由EPIC控制。MG是不可維修部件，無法單獨(dú)更換。發(fā)動機(jī)斷開離合器位于MG 內(nèi)，并非可維修項(xiàng)目。通過機(jī)電一體控制閥體內(nèi)的電磁閥操作的閥，離合器活塞接收來自機(jī)械和電動自動變速器油（ATF）泵的加壓自動變速器油（ATF）。分離離合器位于發(fā)動機(jī)和電動發(fā)電機(jī)（MG）之間。分離離合器是一個濕式多片式液壓離合器組件。分離離合器由變速器控制模塊（TCM）進(jìn)行控制。TCM控制供應(yīng)至多片式液壓離合器組件的液壓油壓力。在變速器閥塊將液壓油壓力供應(yīng)至分離離合器時(shí)，發(fā)動機(jī)將連接至變速器。在選擇純電動模式時(shí)，分離離合器從變速器上斷開發(fā)動機(jī)。通過從變速器上分離發(fā)動機(jī)，分離操作將會降低純電動模式下的能量損失。然后，在純電動模式下，發(fā)動機(jī)將會停止。

10.接地

高壓電路結(jié)構(gòu)由兩個字母識別：首字母用于識別電源是否與接地點(diǎn)直接相連。

┃ 圖27 電機(jī)發(fā)電機(jī)（MG）剖面圖

┃ 圖28 IT高壓網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

I = 未直接連接到地面（與地面絕緣）

T = 直接連接到地面

第二個字母用于識別耗電元件是否直接連接到接地點(diǎn)

N = 在電源處直接連接到地線。零線連接至地面。

T = 直接連接到地面

所以，高壓網(wǎng)絡(luò)共有三種配置，即 TN、TT 或 IT。

從高的安全性的容錯考慮，高壓混合動力車輛一般采用IT結(jié)構(gòu)，即I= 高壓電源（無論是正還是負(fù)）與車體絕緣；T = 耗電元件直接連接到車體。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如圖28所示。

（待續(xù)）