2021款路虎發現運動插電式混合動力系統技術亮點(二)

2021-09-09 13:50:02北京楊寶利

汽車維修與保養 2021年5期

◆文/北京楊寶利

(接上期)

8.高壓接線盒

高壓接線盒(HVJB)如圖9所示，HVJB包含以下部件：

圖9 高壓接線盒

①充電控制模塊(BCCM)；

②直流/直流轉換器(DC/DC)；

③HVJB及內部熔絲。

HVJB接收來自HV蓄電池的HV電源并將電源分配給輔助HV部件。當車輛連接至電網電源進行充電時，HVJB還會接收來自BCCM的電源，將來自BCCM的輸入電壓引導至HV蓄電池。HVJB位于車輛下部、BISG逆變器旁邊。HVJB含有HV系統輔助部件的熔絲。由HVJB提供電力的HV部件有：①HVCH-40A；②eAC壓縮機-40A。

蓄電池充電控制模塊(BCCM)整合到HVJB中。BCCM包含一個7kW交流(AC)車載充電器，它帶有100A直流(DC)接觸器并集成了3.8kW直流/直流DC/DC轉換器。BCCM的作用是向HV蓄電池供應DC電力。通過HVJB將電力供應給HV蓄電池。BCCM、BECM和PCM之間通過HS CAN進行通信。當車輛處于電源模式0時，BCCM與BECM之間進行通信，以確保監測HV蓄電池充電率和模塊溫度。通過BCCM將AC輸入電壓轉換為HV蓄電池充電所需的DC，來完成此操作。可使用三相插入式充電電纜，但BCCM只使用一個相位。

當連接到外部電源時，BCCM將AC電壓轉換為HV蓄電池充電所需的DC。也可使用DC電源壁掛充電箱利用DC電流直接為HV蓄電池充電。該模式能夠在BCCM管理下，以高達100A的電流直接對HV蓄電池進行充電。這樣可以調節充電電流以防止損壞HV蓄電池，從而確保蓄電池模塊具有最佳性能和壽命。這個37kW值是最高值，在充電過程中，BCCM可能會將該值調節至較低的水平。

直流/直流(DC/DC)轉換器為車輛和啟動蓄電池提供12V電源。DC/DC由HV蓄電池供電，將來自HV蓄電池的HV電源轉換為12V系統電壓，供車輛啟動蓄電池和電氣負載使用。它用于對12V啟動蓄電池充電，并為所有12V部件提供電力。DC/DC的輸出約為14V。HV電路和低壓電路以“電流隔離”的方式相互隔離(HV和12V電路之間沒有直接連接)。這就防止了HV和低壓電路連接在一起。DC/DC并不能將12V電壓轉換為HV以便為HV蓄電池充電。警告：DC/DC屬于12V電源。在執行任何需要斷開12V蓄電池的作業時，還必須斷開DC/DC(例如，在拆下安全氣囊時)。利用JLR診斷設備上的應用程序，可以用電氣方式完成此操作。如果應用程序不可用，則必須以物理方式從DC/DC轉換器斷開12V連接。DC/DC通過HS CAN電源模式0系統總線接收車身控制模塊(BCM)/網關模塊(GWM)的通信。BCM/GWM將會發送充電負載請求，DC/DC將會生成正確的輸出電壓和電流以匹配車輛負載請求。DC/DC有一個壓力均衡接頭。該接頭通過管道和軟管連接至發動機艙左后部的空氣。這使得DC/DC內的壓力與大氣壓力達成平衡，以防止DC/DC轉換器內部形成壓力或真空。

9.電動后驅動器

電動后驅動器(eRAD)如圖10所示，eRAD是一個永磁同步電機，位于后軸上。它取代了后軸和差速器。eRAD驅動中間齒輪和開放式差速器，進而通過半軸驅動車輪。與發動機和變速器配合驅動前輪，eRAD因而提供全輪驅動(AWD)能力。eRAD提供80kW功率和260N·m扭矩。當eRAD作為電機工作時，逆變器接收來自HV蓄電池的直流(DC)電源，然后將DC轉換為三相AC。HV AC被施加到電機中的三相定子繞組。來自旋轉分解器環位置傳感器的數據用于控制HV三相AC的相位。根據來自PCM的扭矩請求指令，逆變器確定施加到eRAD上的HV三相AC的相位(如同步電機操作部分中所述)。逆變器和PCM通過FlexRay總線網絡進行通信。當處于再生制動模式時，eRAD產生三相AC以供應至逆變器(如同步電機操作部分中所述)。逆變器會將AC整流為DC并調節電壓，以便向HV蓄電池充電。逆變器控制在再生制動期間回收電能以及對前后輪施加的制動效果。PCM通過FlexRay總線網絡將來自每個eRAD的所需制動力數據發送至逆變器。eRAD具有兩個電氣接頭：①至逆變器的HV DC電源供應；②LV DC電源和網絡連接。

圖10 eRAD電動后驅動器

eRAD具有一個置于車身的接地帶狀搭鐵線，具有三根通風管：

①用于電機的遠程通風；

②用于eRAD變速器的遠程通風；

③逆變器上的Gortex通風。

eRAD的操作由所連接的逆變器根據來自PCM的扭矩請求指令進行控制。逆變器根據需要在電機和發電機兩個角色之間切換eRAD的操作。永磁同步電機使用了配備永磁鐵的轉子，永磁鐵與定子繞組處產生的電磁場同步。通過按照逐漸改變每個繞組極性的順序向定子繞組上施加三相AC，定子周圍將會產生旋轉的電磁場。轉子位置與這個旋轉的電磁場保持一致，從而吸引轉子磁鐵的磁場，導致轉子轉動。當轉子和旋轉的定子磁場完全同步時，轉子的輸出速度與施加到定子繞組上的AC頻率成正比。在這種情況下，電機功率輸出達到最大。當電磁場繞著定子旋轉時，轉子的位置將會與其相匹配。變速器的內部齒輪直接安裝到轉子上，并驅動中間齒輪。中間齒輪驅動差速器。圖11展示了簡單永磁同步電機順時針轉動的旋轉情況。施加到定子繞組上的三相AC受到控制，因此能夠從一套繞組旋轉到下一套繞組，轉子遵照相同的速率旋轉。

圖11 eRAD同步電機的操作

施加到定子繞組上的電流的大小和相位與電機的扭矩輸出成比例，因此需要進行精確控制才能實現電機的效率。旋轉分解器環位置傳感器用于準確檢測轉子相對于旋轉電磁場的速度和位置，以便全面控制電機輸出。旋轉分解器輸出直接被供應至逆變器。然后，逆變器在定子線圈上施加正確的頻率和電壓，以確保電機的扭矩輸出與PCM發送的扭矩請求相匹配。逆變器也使用位置信息來確保轉子始終與旋轉的磁場保持同步。

當轉子的磁場滯后于定子的旋轉磁場時，電機將會產生扭矩。隨著永久磁鐵持續嘗試“趕上”定子的旋轉磁場，電機將會產生扭矩。AC輸入的正時相對于轉子的位置提前，輸入的提前量越大，產生的扭矩也就越大。但是，AC輸入過于提前將會導致磁場脫離同步狀態，電機將會停轉。AC輸入的正時也可以相對于轉子的位置滯后，旋轉磁場試圖往相反的方向拉動轉子，產生可調節的制動扭矩。當制動的動能轉換為電能時，電機將會變為發電機。隨著轉子繞著定子轉動，轉子的磁場將會穿過定子繞組，從而感生出三相AC。轉子的速度和定子線圈的磁場強度與發電機輸出成正比。

eRAD動力傳遞示意圖如圖12所示。電機通過減速齒輪驅動變速器并eRAD斷開。變速器差速器產生的驅動力經由中空的電機中心被傳回至左后輪，并且差速器產生的驅動力直接被傳送至右后輪。每個eRAD的操作由所連接的逆變器根據來自PCM的扭矩請求指令進行控制。

圖12 eRAD動力傳遞示意圖

逆變器根據需要在電機和發電機兩個角色之間切換eRAD的操作。當eRAD作為電機工作時，逆變器接收來自HV蓄電池的DC電源，并將DC轉換為三相AC。HVAC被施加到電機中的三相定子繞組。來自旋轉分解器環位置傳感器的數據用于控制HV三相AC的相位。根據來自PCM的扭矩請求指令，逆變器確定施加到eRAD上的HV三相AC的相位(如上面同步電機操作部分中所述)。逆變器和PCM通過FlexRay總線網絡進行通信。當處于再生制動模式時，eRAD產生三相AC以供應至逆變器。逆變器會將AC整流為DC并調節電壓，以便向HV蓄電池充電。逆變器控制在再生制動期間回收的電能以及對后輪施加的制動效果。來自eRAD所需的制動量數據通過FlexRay總線網絡從PCM發送至逆變器。

再生制動有兩個級別：

①超速：當駕駛員將腳從加速器踏板上抬起時，逆變器會將電機的操作更改為發電機，并產生電磁制動(負)扭矩。PCM將會基于eRAD和蓄電池容量向ABS控制模塊發送有多少負扭矩可用于再生制動的計算值。ABS模塊將會計算前后輪所需的制動偏差，然后通過FlexRay總線網絡將此數值發送至PCM。然后，PCM通過eRAD逆變器請求所需的負扭矩，以保持恒定的減速度。

②制動踏板：當踩下制動踏板并且所需的制動力高于0.2g時，PCM將會基于eRAD和蓄電池容量向ABS控制模塊發送有多少負扭矩可用于再生制動的計算值。ABS模塊將會計算前后輪所需的制動偏差，然后通過FlexRay總線網絡將此數值發送至PCM。然后，PCM通過eRAD逆變器請求所需的負扭矩，同時混合來自集成動力制動控制模塊的液壓制動力，以達到所需的制動水平。

注意：超速時，駕駛員可以從觸摸屏菜單中選擇兩種再生制動力模式：高(最高為0.2g制動力)和低(最高為0.07g制動力)。這就允許駕駛員控制松開加速器踏板時產生的負扭矩量。在駕駛時可以選擇這些模式，并且可以在兩者之間平穩過渡。例如，當車輛滑行下坡且未踩下加速器踏板時，駕駛員可以選擇高水平再生制動，以便更多地控制車輛下坡速度。

10.eRAD逆變器

eRAD逆變器如圖13所示，它直接連安裝接到eRAD，三相接頭在內部直接連接到eRAD。注意：eRAD逆變器不是可維修部件。如果需要更換eRAD逆變器，則必須將整個eRAD組件作為一個單元進行更換。

圖13 eRAD逆變器

11.eRAD驅動器斷開連接

當速度超過145km/h時，eRAD從主減速器斷開。這可確保eRAD不會超速。通過eRAD的最終傳動部分中的斜臺和執行器在eRAD中實現斷開。如圖14所示，電機驅動齒輪，齒輪進而驅動固定式凸輪環。當固定式凸輪環轉動時，它會促使彈簧加載的凸輪環返回到此過程中，使犬齒不再同步，并斷開eRAD與差速器之間的驅動。由外殼上的一個傳感器監測驅動斷開裝置的位置。

圖14 eRAD驅動器斷開連接

12.皮帶集成式啟動機發電機和BISG逆變器

皮帶集成式啟動機發電機(BISG)和BISG逆變器如圖15所示，HVBISG位于發動機前部通常安置發電機的位置。BISG逆變器位于車輛地板下方HVJB旁邊，具有一個來自BISG的HV輸入和一個接至HV蓄電池的HV輸出。BISG即可作為發電機，也可作為啟動機工作。BISG作為發電機時，產生提供給HV電力。HV BISG作為電機時，可使發動機轉速從0提升至指定的運行速度。如果駕駛員需要的扭矩高于EV系統的能力，或者系統認為出于低蓄電池荷電狀態等其他原因，而必須啟動發動機時，則BISG將作為電機工作。當溫度低于-5℃時，使用傳統啟動機電機以啟動發動機。