2021款路虎發(fā)現運動插電式混合動力系統技術亮點(一)

◆文/北京 楊寶利

一、PTA平臺概述

1. PTA平臺與規(guī)格參數概述

2021款路虎新極光/發(fā)現運動采用同一平臺，即高級橫置架構(PTA) 平臺，引入Mild Hybrid Electric Vehicle (輕度混合動力系統MHEV) 和PHEV(插電式混合動力系統)技術。本刊已介紹過2019-2020款路虎極光MHEV技術。本文以2021款路虎發(fā)現運動(Discovery Sport)為例，介紹PTA平臺PHEV混合動力系統。

P TA平臺P H E V車型相關部件如圖1所示，內燃機為Ingenium I3(英杰力3缸)1.5L200PS(PS,馬力1PS=735.499W)汽油發(fā)動機，發(fā)動機動力負責前輪驅動。后輪采用85kw電機來驅動車輛。系統控制電機和發(fā)動機的協調運行，因此能夠改善車輛的性能和潛在的燃油經濟性。混合動力系統能夠僅使用電機持續(xù)行駛，在高達50km的里程內不會產生任何廢氣排放。該電機由一個11.3kW/hHV蓄電池進行供電。PTA PHEV搭配八速AW8G30自動變速器。電動后驅(eRAD)單元為后輪提供驅動力，還能通過制動再生電力。在需要時，前輪和后輪同時提供驅動力實現All Wheel Drive(全輪驅動AWD)功能。規(guī)格參數見表1。

圖1 PHEV系統部件

表1 規(guī)格參數

2.操作模式

PTA PHEV車輛采用三種駕駛模式工作：

(1)混合動力模式：在混合動力模式下，車輛控制系統會自動確定何時使用發(fā)動機以及何時使用蓄電池電量。這樣可確保混合動力系統的最佳運行。在此模式下，將自動進行內燃機(ICE)和電動后驅(eRAD)的切換。駕駛員可以操控和中止混合動力模式的自動運行以滿足自己的偏好。

(2)EV模式：在EV模式下，車輛將盡量僅使用eRAD。需要時，發(fā)動機將會啟動，以支持較高的駕駛需求，例如，用力踩下加速器踏板時。

(3)節(jié)電(SAVE)模式：客戶可以在駕駛期間保持蓄電池電量。在EV菜單激活節(jié)能模式時，蓄電池電量將保持在激活時的水平，同時混合動力駕駛模式啟動。電量會有較小的波動。注意：在節(jié)能模式下的車輛，將會和混合動力模式下蓄電池電量耗盡時狀態(tài)相同。

3.充電

車輛隨附一根家用充電電纜(模式2基本型)。在不使用時，應當將家用充電電纜安全地存放在行李箱。只有在公共充電電纜(模式3)和充電站不可用時，才可以使用家用充電電纜。只要有可能，就應該使用能夠連接至充電站的公共充電電纜。車輛支持交流(AC)和直流(DC)快速充電。充電端口位于左后面板內，與位于車輛另一側的燃油加注口蓋成對應。在車輛解鎖的情況下，按下格柵的右上角即可使用充電端口。打開蓋之后將其移到一旁，即可使用充電端口。

二、PHEV低壓電源配電

1.PHEV低壓電源配電

PHEV低壓(12V)電源配電示意圖如圖2所示。啟動蓄電池和輔助蓄電池通過配電盒(PSDB)為蓄電池接線盒(BJB)供電。BJB再為以下接線盒供電：①輔助接線盒(AJB)；②乘客接線盒(PJB)；③發(fā)動機接線盒(EJB)；④后接線盒(RJB)。

圖2 PHEV低壓(12V)電源配電

直流/直流轉換器(DC/DC)取代了發(fā)電機，為兩個12V蓄電池充電。DC/DC整流器包含在高壓接線盒(HVJB)中。通過使用雙蓄電池系統，可以在電源模式7(執(zhí)行拖轉起動時)，將拖轉起動設備(啟動機電機和BISG)與車輛的其它電氣負載隔離開來。只要車輛控制器(VSC，集成在PCM中)提出請求(通常是在行駛中需要12V系統執(zhí)行拖轉起動之前)，將會打開SW1，使主蓄電池脫離電路與負載分隔開來。如果PSDB的任一側發(fā)生故障，PSDB將會打開SW2并將電路彼此隔離。PSDB的任一側有一個“駐車”模塊,無故障一側的蓄電池將會提供電源，以將車輛鎖定在靜止狀態(tài)。

(1)當發(fā)動機正在工作時，PSDB中的兩個開關均關閉。DC/DC為這兩個蓄電池充電并為所有負載供電。

(2)在點火開關打開的情況下或處于EV模式時，PSDB開關1打開。DC/DC為輔助蓄電池和所有電氣負載供電。啟動蓄電池和啟動機系統負載與之隔離。這可確保在發(fā)動機啟動時，供應至電氣負載的12V電源不會受到影響。另外，如果啟動蓄電池電壓低于8V，則還會打開開關1。

(3)如果至主電源網絡的連接發(fā)生中斷(啟動蓄電池電壓低于8V)，則PSDB開關2將會打開。蓄電池2向備用負載(eRAD逆變器和駐車鎖執(zhí)行器)供電，EV模式被禁用。

(4)在車輛剛開始進入電源模式0(車輛鎖定)時，所有電力均由啟動蓄電池和輔助蓄電池提供。DC/DC不會為任何12V電氣負載供電。當網絡進入休眠模式時，PSDB開關2將默認處于打開狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，只有啟動蓄電池為電氣負載供電。

2.12V電源斷電

警告：可能在某些情況下，當所有12V蓄電池均斷開時，DC/DC可以為12V電路供電。因此，對于任何需要斷開12V系統的作業(yè)，都需要停用DC/DC。這包括：

①操作安全氣囊系統或在其周圍工作；

②拆下存在對車身/底盤短路風險的任何帶電電纜(例如，在拆下啟動機電機或BISG時)。

在斷開12V蓄電池之前，請務必參考TOPIx中的認可步驟，并使用認可的JLR診斷設備上的12V電源斷電應用程序以停用DC/DC。該應用程序可在診斷設備上的“維修功能”部分中找到。在完成該應用程序并斷開蓄電池后，使用數字電壓表在跨接啟動端子處測量并檢查確認12V系統的電壓為0V。

完成所有的工作后，首先連接輔助蓄電池，然后連接啟動蓄電池并打開點火開關。這將激活DC/DC。如果未按正確順序連接蓄電池，PSDB的診斷例行程序將失敗，因而所有12V負載將被禁用，EV模式將不可用。需要完成一次完整的睡眠/喚醒周期，以清除PSDB中的錯誤。

三、PHEV高壓(HV)部件

1.概述

PHEV高壓(HV)部件如圖3所示。HV部件拓撲如圖4所示。HV系統具有以下組件：

圖3 PHEV高壓(HV)部件

圖4 HV部件拓撲圖

①皮帶集成式啟動機發(fā)電機(BISG)；②電動空調(eAC)壓縮機；③高壓接線盒(HVJB)；

④高壓(HV)冷卻液加熱器；⑤BISG逆變器；⑥HV蓄電池；⑦充電端口；⑧電動后驅動器eRAD。

HV冷卻液加熱器和HV空調泵是各車系都使用的部件。其他部件是此平臺專有的。下面分別介紹各部件的作用及工作原理。

2.車輛監(jiān)控控制器

車輛監(jiān)控控制器(VSC)是混合動力系統的管理器，集成在動力系統控制模塊(PCM)中。VSC負責控制以下事項：

①混合動力部件的通電/斷電；

②HV蓄電池荷電狀態(tài)的管理；

③HV蓄電池加熱和冷卻策略的管理；

④動力傳動系統總扭矩/功率需求的確定；

⑤發(fā)動機和eRAD之間所需的推進扭矩最佳分配的確定；

⑥PHEV操作模式的確定；

⑦驅動模式轉換的管理；

⑧與變速器控制模塊(TCM)共同控制變速器離合器組件，以最大程度降低傳動系統牽引和分流。

⑨任何混合動力系統故障的管理。

3.HV蓄電池

HV蓄電池如圖5所示，內部電路示意圖如圖6所示。HV蓄電池規(guī)格為11.3kW/h/105千瓦電力，HV蓄電池和電纜可為車輛提供DC HV電源。HV蓄電池通過蓄電池充電控制模塊(BCCM)為其充電，或在發(fā)生再生制動時由eRAD供應的電能。該蓄電池的額定電壓為300V。蓄電池電量控制模塊(BECM)是HV蓄電池的一個組成部分。BECM控制單個電池單元的電壓、內部溫度、預充電接觸器和HV接觸器。可用荷電狀態(tài)范圍為蓄電池100%實際荷電狀態(tài)的2%0～95%。

圖5 HV蓄電池

圖6 HV蓄電池內部電路示意圖

4.HV接觸器

當點火開關首次打開時，預充電接觸器關閉，之后主正極接觸器關閉以使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，主負極接觸器則會關閉，以使HV電路通過全部電壓。當主負極接觸器關閉時，預充電接觸器打開。HV接觸器操作序列是：①預充電接觸器關閉；②主正極接觸器關閉；③系統自檢完成；④主負極接觸器關閉；⑤預充電接觸器打開。

這一操作用于防止突發(fā)的初始電涌，以免主接觸器端子間產生電弧。同時也會進行絕緣監(jiān)測，只要主接觸器關閉，即可測試所有受到監(jiān)測的HV電路的絕緣完好性。當主接觸器打開時，則僅可監(jiān)測HV蓄電池的HV電路。為了在主接觸器打開時繼續(xù)監(jiān)測HV電路，會啟動預充電接觸器序列，以便對電路施加電壓。電壓施加大約10ms，期間執(zhí)行內部測量。在主接觸器打開時，這一測量會連續(xù)重復。每11天，BECM就會對HV蓄電池中的所有電池單元執(zhí)行一次電池單元平衡操作。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。經過多次電池單元平衡操作后，HV蓄電池的荷電狀態(tài)會降低。為了避免降低HV蓄電池荷電狀態(tài)，建議在長時間不使用車輛時，應當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。

5.蓄電池電量控制模塊

蓄電池電量控制模塊(BECM)是HV蓄電池的一個組成部分。BECM控制單個電池單元的電壓、內部溫度和HV繼電器(接觸器)。BECM通過高速(HS)CAN電源模式0系統總線與HV系統和其他車輛系統進行通信。該控制模塊直接控制：①HV蓄電池泵；②HV蓄電池加熱器；③與A/C系統相連的由HVAC控制模塊控制的HV蓄電池冷卻器；④HV蓄電池隔離閥；⑤HV接觸器。

BECM控制由HV蓄電池輸送或提供的HV能量。如果HV蓄電池內部溫度超出正常工作溫度范圍，則BECM將會限制所輸送或供應的能量。BECM還會控制HV蓄電池的溫度。在車輛行駛時，HV蓄電池溫度控制將會工作。在通過充電端口將BCCM連接至外部電源時，HV蓄電池溫度控制也會工作。

6.高壓互鎖回路

HV互鎖回路(HVIL)是一個安全系統，用于防止HV電纜在出于任何原因斷開時帶電。HVIL監(jiān)測HV接頭與其對應的部件之間的完好性。HVIL由BECM進行監(jiān)測，并且會將與之相關的DTC設置在該模塊中。每個HVIL電路都由一個12V10mA電源和一個電流感應電阻器組成。BECM監(jiān)測流過電阻器的電流，以檢測是否存在斷路、對地短路或對12V電源短路。HVIL電路電纜并不沿著HV電纜的長度布設，每個HV接頭中都有一個回路連接，這就使得電路回路變得完整。HVIL電路的起點和終點都在BECM處，圖7所示為該電路經過的HV部件。拆下任何HV部件上的HV電纜后，HV互鎖回路電路將會斷開，BECM將會斷開HV電路。BECM會將HV蓄電池內的2個繼電器斷電，從而以電氣方式斷開HV蓄電池。

圖7 高壓互鎖回路

如果在車輛靜止不動時檢測到HVIL故障，則HV接觸器將被打開，HV電路將被放電。如果在駕駛員嘗試起步時檢測到HVIL故障，則HV蓄電池HV接觸器將被關閉，車輛可以行駛。這是因為駕駛員坐在車內，接觸到裸露的HV電路的風險極小。在HVIL中識別為斷路的HV部件將不工作，盡管只要HV連接存在，功能就不會被削弱，但是將會設置DTC。如果在車輛行駛時出現故障，則車輛將會繼續(xù)行駛，直至車輛停止，然后根據故障的位置，將會出現安全響應。這將導致功能下降，具體取決于發(fā)生故障的位置處的部件。如果在充電時發(fā)生HVIL故障，則充電將被停止。作為HVIL測試功能的組成部分，HVIL電路將會受到持續(xù)監(jiān)測。

7.維修開關

維修開關(MSD)是一個高壓維修斷開裝置，MSD位于蓋板下方的HV蓄電池下側，如圖8所示。

圖8 維修開關(MSD)

MSD用于斷開H V蓄電池內的電路。MSD具有一個鎖桿，必須先移動該鎖桿才可拆下MSD。MSD含有一個250A保險絲，用于HV電源供應。當拆下MSD時，正極HV供電電路在HV接觸器之前將發(fā)生斷路。這意味著，將無法在HV蓄電池接線柱上測到任何電壓。在中國市場的車輛上，蓄電池MSD則位于蓄電池前面。