奧迪輕度混合動力車（MHEV）技術解析

南京交通職業技術學院 甘秀芹

奧迪輕度混合動力車（MHEV，mild hybrid electric vehicle）分為48 V MHEV和12 V MHEV，其中48 V MHEV匹配6缸或8缸發動機，12 V MHEV匹配4缸發動機。如圖1所示，與一般的奧迪車型相比，12 V MHEV多了12 V鋰電池和12 V起動發電兩用機，48 V MHEV多了48 V鋰電池、48 V起動發電兩用機和DC/DC（直流/直流）轉換器。起動發電兩用機通過多楔傳動帶與發動機連接，使得智能起停功能在車速＜22 km/h時便可開始工作，且能夠改善發動機起動、熄火時的舒適性。在起步階段，起動發電兩用機能夠為發動機提供助力（最大轉矩為60 N·m），在滑行階段具有能量回收功能，這樣提高了車輛的燃油經濟性。

下面筆者以全新奧迪A8車（車型代號D5）為例，介紹48 V MHEV的相關技術；以全新奧迪A6L車（車型代號C8）為例，介紹12 V MHEV的相關技術。

1 48 V MHEV

如圖2所示，全新奧迪A8車的48 V系統主要由48 V鋰電池、48 V起動發電兩用機及DC/DC轉換器等部件組成。48 V系統的電網布置如圖3所示，通信網絡如圖4所示。

1.1 48 V鋰電池

全新奧迪A8車48 V鋰電池安裝在行李箱坑內中間位置（圖5），其外部裝有一個金屬保護罩。與鉛酸蓄電池相比，鋰電池的能量密度更高，循環穩定性更好，但深度放電會損壞電池或使電池格短路，因此應避免其深度放電。

圖1 12 V MHEV與48 V MHEV的電氣結構對比

圖2 全新奧迪A8車48 V系統的組成

如圖6所示，48 V鋰電池主要由13個鋰離子電池格（單個電池格電壓為3.68 V）組成，額定電壓為48 V，電池容量為9.6 Ah，重量約為10 kg，其內部還集成有電池管理控制單元、繼電器、熔絲和散熱風扇。電池管理控制單元負責測量各個電池格的電壓和溫度，并把這些數據通過混合動力CAN總線傳給數據總線診斷接口（J533）。如果電池溫度超過了28 ℃，電池管理控制單元會接通內部的散熱風扇。

圖3 全新奧迪A8車48 V系統的電網布置

圖4 全新奧迪A8車48 V系統通信網絡

圖5 48 V鋰電池的安裝位置

如果識別出碰撞事故，出于安全考慮，需要斷開48 V鋰電池的供電。在發生碰撞事故時，安全氣囊控制單元（J234）會將碰撞信號發送到FlexRay總線上，然后由J533通過混合動力CAN總線將這個信息傳給48 V鋰電池內部的電池管理控制單元，由電池管理控制單元斷開48 V鋰電池內部的繼電器，從而斷開48 V供電。另外，為確保碰撞信號可靠傳輸，在發生嚴重碰撞事故時，J234可通過單獨的導線向電池管理控制單元提供1.75 A～2 A的電流，以斷開48 V鋰電池內部的繼電器，從而斷開48 V供電。因輕微碰撞事故而被斷開的48 V供電，可通過切換端子15重新激活；而因嚴重碰撞事故而被斷開的48 V供電，需使用故障檢測儀進行激活。

在發動機運轉時，48 V起動發電兩用機直接給48 V鋰電池充電。在使用外部的12 V蓄電池充電器（VAS 5903）進行充電時，48 V鋰電池通過DC/DC轉換器來充電。注意：跨接起動發動機時，使用分線器TV2上的跨接起動點（圖7）；切勿將12 V蓄電池充電器直接連接到48 V鋰電池上，應連接到跨接起動點上。

在電路圖中，48 V鋰電池的編號為A6，48 V正極側稱為端子40；48 V負極側稱為端子41。故障診斷時，可用故障檢測儀進入48 V鋰電池的電池管理控制單元（圖8，診斷地址為0021）查看相關信息。

1.2 48 V起動發電兩用機

48 V起動發電兩用機通過多楔傳動帶與發動機連接，當做發電機用時，它為48 V鋰電池充電，并向DC/DC轉換器輸送48 V直流電（額定電壓為51.5 V）；當做電動機用時，即可起動發動機，又可在起步時為發動機提供助力。注意：發動機在冷機（發動機機油溫度＜45 ℃）時由12 V小齒輪式起動機起動（通過12 V小齒輪式起動機上的小齒輪與發動機飛輪上的齒圈嚙合來起動發動機），其他時候由48 V起動發電兩用機起動。

圖6 48 V鋰電池的結構

圖7 跨接起動點位置

圖8 進入48 V鋰電池的電池管理控制單元（截屏）

48 V起動發電兩用機當做發電機用時是從動部件（圖9a），當做電動機用時則是主動部件（圖9b），這對多楔傳動帶張緊器的要求很高。重要的是，多楔傳動帶張緊器要能夠保證48 V起動發電兩用機傳動輪上有盡可能大的多楔傳動帶包復角。另外，根據發動機型號的不同，多楔傳動帶張緊器可直接安裝在48 V起動發電兩用機上（圖10a），也可安裝在氣缸體上（圖10b）。

圖9 48 V起動發電兩用機2種工作狀態

圖10 多楔傳動帶張緊器的安裝位置

由于48 V起動發電兩用機通過多楔傳動帶與發動機連接，即使發動機沒有完全停下來，也是可以再次起動的，應用情形為：發動機自動起停裝置已把發動機關閉，但是發動機并未完全停下來，此時駕駛人又踩下加速踏板，因為駕駛人想繼續行駛，48 V起動發電兩用機重新起動發動機。

如圖11所示，48 V起動發電兩用機采用水冷，配備有1個電動冷卻液泵（V621）。48 V起動發電兩用機通過專用CAN總線與發動機控制單元（J623）進行通信，通過脈沖寬度調制信號（PWM信號) 控制V621。根據發動機型號不同，V621的線路與48 V起動發電兩用機連接或與J623連接。故障診斷時，可用故障檢測儀執行元件測試，以判斷V621的功能好壞。

圖11 48 V起動發電兩用機的電氣連接情形

在電路圖中，48 V起動發電兩用機的編號為C29。故障診斷時，可用故障檢測儀進入48 V起動發電兩用機（圖12，診斷地址為00CC）查看相關信息。

圖12 進入48 V起動發電兩用機（截屏）

1.3 DC/DC轉換器

全新奧迪A8車的DC/DC轉換器安裝在右后行李箱裝飾板的后面，位于12 V鉛酸蓄電池上方（圖13）。DC/DC轉換器一方面能將48 V電壓轉換為12 V電壓，為12 V鉛酸蓄電池充電，并為12 V車載電網供電；另一方面，在外接12 V蓄電池充電器時，可將12 V電壓轉換成48 V電壓，為48 V鋰電池充電。不同條件下DC/DC轉換器的工作狀態見表1所列。

圖13 DC/DC轉換器的安裝位置

需要散熱時，DC/DC轉換器會激活內部散熱風扇（V274）。故障診斷時，可用故障檢測儀執行元件測試，以判斷V274的功能好壞。

DC/DC轉換器端子40的導線連接器及端子41和端子30的螺紋銷均有保護蓋，要想看到這些連接點，必須先移動并掀開保護蓋。DC/DC轉換器的12 V側導線連接器具有防止保護蓋移動的功能，只有先脫開DC/DC轉換器的12 V側導線連接器，才能移動防護蓋。具體掀開保護蓋的方法如圖14所示。

在電路圖中，DC/DC轉換器的編號為A7。故障診斷時，可用故障檢測儀進入DC/DC轉換器（圖15，診斷地址為00C4）查看相關信息。

2 12 V MHEV

如圖16所示，全新奧迪A6L 車12 V系統主要由12 V鋰電池和12 V起動發電兩用機等部件組成。12 V系統的電網布置如圖17所示，通信網絡如圖18所示。

表1 不同條件下DC/DC轉換器的工作狀態

2.1 12 V鋰電池

如圖19所示，12 V鋰電池主要由4個鋰離子電池格組成，額定電壓為12 V，電池容量為11 Ah，重量約為5 kg，其內部也集成有電池管理控制單元和繼電器（該繼電器負責斷開正極接線柱）。12 V鋰電池無需主動冷卻。

圖14 掀開DC/DC轉換器連接點保護蓋的方法演示

圖15 進入DC/DC轉換器（截屏）

圖16 全新奧迪A6L車12 V系統的組成

圖17 全新奧迪A6L車12 V系統的電網布置

圖18 全新奧迪A6L車48 V系統通信網絡

圖19 全新奧迪A6L車12 V鋰電池的結構

12 V鋰電池與12 V鉛酸蓄電池并聯，根據發動機型號情況，在起動過程中或起動剛完成后12 V鋰電池通過其內部繼電器接通；斷開點火開關，繼電器也斷開；但在某些特定工況（如在散熱風扇或輔助冷卻液泵續動過程中）下，該繼電器在斷開點火開關后仍會保持接通狀態。

如果把一個外部充電器接到車載供電網上，那么即使點火開關未接通，約30 s后12 V鋰電池內部的繼電器也會接通，以便為12 V鋰電池充電。在發生了碰撞事故時，J234會把一個信號發送到12 V鋰電池內的電池管理控制單元上，從而使繼電器斷開。

在電路圖中，12 V鋰電池的編號為A1。故障診斷時，可用故障檢測儀進入12 V鋰電池的電池管理控制單元（圖20，診斷地址為0080）查看相關信息。

圖20 進入12 V鋰電池的電池管理控制單元（截屏）

2.2 12 V起動發電兩用機

12 V起動發電兩用機與48 V起動發電兩用機的結構及功能基本一致，其主要區別在于工作電壓不同。另外，12 V起動發電兩用機采用風冷方式，通過LIN總線與發動機控制單元通信，無獨立的診斷地址碼，可用故障檢測儀進入發動機控制單元查看相關信息（圖21）。在電路圖中的編號也為C29。

圖21 進入發動機控制單元查看12 V起動發電兩用機的相關數據（截屏）