豐田THS—II混合動力核心控制策略介紹（三）

◆文/江蘇 田銳

DC/DC轉換器內置于逆變器中，并用一個內部控制線路操控。如圖30所示，HV蓄電池從一側與內部控制線路連接，內部控制線路控制晶體管。IGCT負責內部控制線路電源。14V直流電的輸出通過AMD端子和100A(DC/DC)保險給輔助蓄電池充電，直流201.6V單向轉換為直流14V，轉換過程分為四步：4個功率三極管對角的兩個為一組同時控制，輪番導通提供變壓器初級線圈201.6V的交流電流使變壓器的初級線圈產生交變磁場，變壓器次級的雙線圈降壓輸出14V的交流電流，經過兩個整流器二極管單向全波整流后再通過電感器的平流電路濾波，最終成為直流的14V為輔助蓄電池充電和提供車身電器電源。

圖30 HV蓄電池內部控制線路

當發生故障時，動力管理控制ECU(HV CPU) 通過端子NODD發送DC/DC轉換器工作停止指令。此外，DC/DC轉換器具有自診斷功能，并通過端子NODD將指示正常工作或故障的信號發送至動力管理控制ECU(HV CPU)。DC/DC 轉換器根據通過端子VLO接收到的占空信號控制輸出電壓。通過降低為響應駕駛條件的輸出電壓來提高燃油效率，可控制輸出電壓，從而使其正常情況下處于13.0～14.5V之間。端子S處監視DC/DC轉換器的輸出電壓并對其進行控制，從而使輔助蓄電池端子電壓恒定。

6.HV蓄電池充電控制

為確保HV蓄電池安全、可靠的運行，需要確定HV蓄電池系統的多個特性參數，監控其各自的臨界值，并同時保證其冷卻系統的正常工作。上述任務由蓄電池智能單元完成。如圖31所示，蓄電池智能單元接收所需的HV蓄電池信號(電壓、電流和溫度)以控制混合動力系統并計算HV 蓄電池的SOC(充電狀態)，還檢測并傳輸鼓風機轉速反饋電壓(用于進行冷卻系統控制)至HV CPU，當出現電池過載，偏離SOC閾值或者過熱時，HV CPU發送斷開指令切斷HV蓄電池系統SMR繼電器以保護電池組。蓄電池智能單元不能直接影響充電電流與荷電狀態，而是僅僅通過串行通信接口向HV CPU告知HV蓄電池的工作狀態，HV CPU根據蓄電池組的狀態確定了蓄電池組充放電電流和功率的臨界值，充電策略和動力系統運行控制策略保證將HV蓄電池的SOC維持在規定的閾值范圍內，并確保其充放電功率不超過HV CPU給定的臨界值。由于循環充放電會損壞蓄電池，且充放電深度越大，對電池的損傷也越大，然而借助充放電循環提高車輛傳動系統的效率(例如通過電動運行與再生制動)又是必要的。因此，充電策略的確定與蓄電池大小的選擇將在蓄電池壽命、成本、重量與傳動系統的效率之間進行折中。蓄電池完全充電至其額定容量時，SOC為100%。蓄電池電量完全耗盡時，SOC為0%。SOC持續處于指示充滿電狀態的水平時，車輛沿長坡等向下行駛時能量無法回收，從而浪費能量。蓄電池需要進行一定量的放電以回收能量。此外，SOC過度下降時，可能會導致加速性能不足和蓄電池退化。因此，SOC需要保持在一定的水平。HV CPU試圖將SOC保持在大約60%。如圖32所示，最大值約為80%，通常75%為控制上限，最小值約為20%，通常30%為控制下限。為了使SOC始終保持在正確水平，HV CPU優化控制混合動力系統。

圖31 蓄電池智能單元

圖32 SOC變化示例圖

7.絕緣異常檢測

為安全起見，混合動力車輛的高壓電路均與車身搭鐵絕緣。修理手冊中規定的標準絕緣電阻值在1和100MΩ之間(該值根據所測量零部件的不同而有所差異)。“泄漏檢測電路”內置于蓄電池智能單元中，可持續監測高壓電路和車身搭鐵之間的絕緣電阻以確保其恒定。如果絕緣電阻降至低于規定值，則存儲 DTC 并通過組合儀表顯示屏告知駕駛員出現異常情況。如何檢測絕緣電阻下降？如圖33所示，泄漏檢測電路允許少量的交流電流入高壓電路，并檢查交流電是否通過電容器自車身搭鐵返回。絕緣電阻下降越多，自電容器返回的交流電波形的振幅越低。根據交流電波形的振幅檢測絕緣電阻值。絕緣電阻的降幅被轉化為電壓值并由 HV CPU數據項目“Short Wave Highest Value”(短波最高值)進行指示，從而可通過蓄電池智能單元的泄漏檢測電路進行檢測。該值在4.98V時，表示絕緣良好。如果絕緣電阻下降，則“Short Wave Highest Value”(短波最高值)的值也會減小。

圖33 泄漏檢測電路允許少量的交流電流入高壓電路

綜上，為THS-II混合動力系統及其相關部件的核心控制策略，在當今汽車中，電氣動力技術特別是混合動力技術已經成為現階段最受人們關注的技術，隨著人們對地球溫暖化問題的日益關注和環保意識的不斷提高，以及由原來礦物燃料發展到氫燃料的這些背景，人們已經充分認識到電氣動力乃是其關鍵技術，與這種趨勢同步，作為支撐電氣動力的主要技術，電動機、逆變器、電池原料、加工制造、售后服務、維修保養以及再循環等相關領域的技術革新同樣不可或缺，為了推進這一汽車產業整體技術革新，也期待著今后電力電子學、電池技術等相關技術領域的革新有更加活躍的持續的發展。(全文完)