2017款本田思鉑睿混合動(dòng)力車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理簡(jiǎn)介

西安工業(yè)學(xué)院 李 偉

2017款本田思鉑睿混合動(dòng)力車搭載本田i-MMD混合動(dòng)力系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器（e-CVT）、電源控制單元（PCU）、智能動(dòng)力單元（IPU）等部件組成（圖1）。本文主要講述動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理。

1 動(dòng)力系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 e-CVT

如圖2所示，e-CVT主要由發(fā)電機(jī)、牽引電機(jī)、超越離合器及齒輪等部件組成，牽引電機(jī)負(fù)責(zé)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力以驅(qū)動(dòng)車輛或滑行、制動(dòng)時(shí)回收能量；發(fā)電機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)電并向高壓鋰電池充電，以及行駛中倒拖起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；超越離合器負(fù)責(zé)改變發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力流向，從而實(shí)現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)車輛或驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)之間轉(zhuǎn)換。

（1）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，如圖3所示，其動(dòng)力傳遞路線為：發(fā)動(dòng)機(jī)→飛輪→輸入軸→發(fā)電機(jī)軸→發(fā)電機(jī)。

（2）當(dāng)只有牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，如圖4所示，其動(dòng)力傳遞路線為：牽引電機(jī)→牽引電機(jī)軸→副軸→終主動(dòng)齒輪→終從動(dòng)齒輪。牽引電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，即可實(shí)現(xiàn)倒車。

圖2 e-CVT內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)工作時(shí)的動(dòng)力流傳遞路線

圖4 牽引電機(jī)工作時(shí)的動(dòng)力流

圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式

（3）當(dāng)只有發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，如圖5所示，其動(dòng)力傳遞路線為：發(fā)動(dòng)機(jī)→飛輪→輸入軸→超越離合器→超速齒輪→副軸→終主動(dòng)齒輪→終從動(dòng)齒輪。

2 PCU

PCU位于e-CVT上方，內(nèi)置有電機(jī)控制單元、逆變器及相位電流傳感器等，主要負(fù)責(zé)控制牽引電機(jī)和發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)和牽引電機(jī)的控制電路如圖6所示。為實(shí)現(xiàn)對(duì)PCU的溫度控制，設(shè)置了一個(gè)專用的冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電動(dòng)冷卻液泵、散熱器、儲(chǔ)液罐及冷卻軟管等組成（圖7）。

圖7 PCU的冷卻系統(tǒng)

3 IPU

IPU包含高壓電池組、DC-DC轉(zhuǎn)換器、電池狀態(tài)監(jiān)視器及連接板等。

3.1 高壓電池組

高壓電池組使用鋰離子電池。高壓電池組由4個(gè)電池模塊串聯(lián)組成，每個(gè)電池模塊由18個(gè)電池單元組成，共72個(gè)電池單元。高壓電池組配有熱敏電阻型溫度傳感器、內(nèi)置的電壓傳感器及電池電流傳感器，電池狀態(tài)監(jiān)視器通過(guò)這些傳感器監(jiān)測(cè)電池狀態(tài)，并控制它們的SOC（荷電狀態(tài)）。高壓電池組通過(guò)PCU內(nèi)的逆變器由發(fā)電機(jī)電機(jī)或牽引電機(jī)產(chǎn)生的電能充電。

3.2 連接板和副連接板

連接板（圖8）和副連接板（圖9）安裝在高壓電池組上，可隔離高壓電池組，并分配電源至其他高壓系統(tǒng)。

圖8 連接板

圖9 副連接板

高壓接觸器和旁路接觸器排布在高壓電池組正極側(cè)，而子高壓接觸器排布在高壓電池組負(fù)極側(cè)。這些接觸器由電池狀態(tài)監(jiān)視器控制并執(zhí)行高壓電路的接通和斷開(kāi)。在接觸器連接正極側(cè)時(shí)，旁路接觸器切換為ON，然后高壓接觸器被打開(kāi)，通過(guò)預(yù)充電阻連接高壓電路可限制沖擊電流，直至電容器充好電。

PCU和DC-DC轉(zhuǎn)換器中有多個(gè)大電容器，高壓上電時(shí)，這些電容器放電，如果高壓電路通過(guò)高壓接觸器接通，極大的具有損壞性的電流（浪涌電流）將會(huì)流過(guò)，此電流會(huì)損壞各種部件，還會(huì)使高壓接觸器上產(chǎn)生電弧。為防止大浪涌電流，高壓上電時(shí)讓旁路接觸器先接通，這樣通過(guò)限制電流和允許電容器充電的電阻器將高壓電池組連接到各種電容器上；電容器在極短時(shí)間內(nèi)充電，然后高壓接觸器接通，旁路接觸器斷開(kāi)。

3.3 維修用插頭

如圖10所示，維修用插頭安裝在高壓電池組的高壓電路和接觸器控制電路中。當(dāng)混合動(dòng)力系統(tǒng)或周圍部件需要檢查或維修時(shí)，拆除此插頭，可中斷高壓電路和接觸器控制電路，能確保安全地完成檢查和維護(hù)工作。

3.4 DC-DC轉(zhuǎn)換器

DC-DC轉(zhuǎn)換器將高壓電池組的259.2 V直流電壓轉(zhuǎn)換為12 V直流電壓，為12 V蓄電池和12 V電氣系統(tǒng)提供電能。

DC-DC轉(zhuǎn)換器傳遞內(nèi)置溫度傳感器的溫度信息至電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)器，若溫度出現(xiàn)突然增長(zhǎng)或檢測(cè)到輸入、輸出電壓異常，則電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)器將停止DC-DC轉(zhuǎn)換器的操作，造成12 V蓄電池充電指示燈點(diǎn)亮。當(dāng)DC-DC轉(zhuǎn)換器因異常情況停止工作時(shí)，將會(huì)使12 V電源不足，這會(huì)限制混合動(dòng)力系統(tǒng)的輸出。

由于DC-DC轉(zhuǎn)換器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，當(dāng)DC-DC轉(zhuǎn)換器的溫度升高時(shí)，電池狀態(tài)監(jiān)視器根據(jù)需要激活高壓電池組散熱風(fēng)扇，冷風(fēng)通過(guò)高壓電池組從車廂傳送至DC-DC轉(zhuǎn)換器的散熱片，從而進(jìn)行冷卻。

3.5 高壓電池組散熱風(fēng)扇

高壓電池組重復(fù)進(jìn)行充電和放電循環(huán)，高壓電池組和DC-DC轉(zhuǎn)換器會(huì)發(fā)燙，為了散熱，在行李箱右側(cè)安裝了一個(gè)高壓電池組散熱風(fēng)扇。電池狀態(tài)監(jiān)視器根據(jù)相關(guān)溫度信號(hào)控制高壓電池組散熱風(fēng)扇使高壓電池組和DC-DC轉(zhuǎn)換器的溫度保持在適當(dāng)?shù)乃健＠鋮s空氣進(jìn)口位于后排座椅右側(cè)，冷卻空氣經(jīng)過(guò)高壓電池組和DC-DC轉(zhuǎn)換器散熱片，然后排放至行李箱。

圖10 維修用插頭

3.6 碰撞切斷控制

當(dāng)安全氣囊控制單元（SRS）檢測(cè)到碰撞信號(hào)（正面碰撞、側(cè)碰撞、后部碰撞）時(shí)，電池狀態(tài)監(jiān)視器根據(jù)來(lái)自SRS的信號(hào)存儲(chǔ)相關(guān)故障代碼，同時(shí)控制接觸器切斷高壓電路，此時(shí)電源系統(tǒng)指示燈、充電指示燈、SRS指示燈點(diǎn)亮，READY指示燈熄滅。維修時(shí)，需要使用故障檢測(cè)儀取消碰撞切斷控制，以清除電池狀態(tài)監(jiān)視器中存儲(chǔ)的故障代碼，否則高壓電路無(wú)法接通。

2 動(dòng)力系統(tǒng)的工作模式

2017款本田思鉑睿混合動(dòng)力車的工作模式分為純電動(dòng)（EV）驅(qū)動(dòng)模式、e-CVT輔助模式、發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、再生充電模式等。

2.1 EV驅(qū)動(dòng)模式

如圖11所示，在EV驅(qū)動(dòng)模式下，驅(qū)動(dòng)力由牽引電機(jī)提供，發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，此時(shí)高壓電池組牽引電機(jī)提供能量。

2.2 e-CVT輔助模式

加速期間使用e-CVT輔助模式（圖12），其激活范圍因高壓電池組的荷電狀態(tài)而異。發(fā)動(dòng)機(jī)使發(fā)電機(jī)發(fā)電，牽引電機(jī)向驅(qū)動(dòng)輪提供驅(qū)動(dòng)力。e-CVT輔助模式期間，牽引電機(jī)向驅(qū)動(dòng)輪發(fā)送大量轉(zhuǎn)矩，因此比其他模式需要更多的電能。發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳轉(zhuǎn)速范圍激活發(fā)電機(jī)，且牽引電機(jī)直接使用可用電能。如果發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能不足以滿足牽引電機(jī)的需要，將由高壓電池組提供額外的電能。

2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式

低負(fù)載高速巡行時(shí)使用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式（圖13），此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出供給至驅(qū)動(dòng)輪和牽引電機(jī)，此時(shí)車輛由發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)，而高壓電池組通過(guò)牽引電機(jī)產(chǎn)生的電能充電。

圖11 EV驅(qū)動(dòng)模式

圖12 e-CVT輔助模式

圖13 發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式

2.4 再生模式

減速期間使用再生充電模式，發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，牽引電機(jī)發(fā)電，向高壓電池組提供電能。