一、混合动力技术路线概述
混合动力汽车技术路线如果按照电驱动系统的结构来区分,一般可以根据电机与发动机的布置方式分为6类。
目前瑞风M4混合动力车型采用的是PO技术路线的弱混方案,支持发动机怠速停机、停机后快速起动以及制动能量回收。PO级混合动力是指电机在发动机之前的混合动力技术路线,用皮带将一体化起动发电机与发动机相连,实现弱混,它不改变汽车原有的动力系统,只需在发动机前端加装电机便可实现。
目前常见的混合动力路线中一般是采用48V系统,相对来说48V系统的PO技术路线相比较传统的12V起停系统,可以提供更优良的起停和能量回收性能,该技术的主要作用是减少油耗,并且有相对较好的成本优势,瑞风M4混合动力车型选择48V的PO技术路线主要基于以下几个考量:
1.车辆12V电压系统在引入起停技术之后,已经达到功率极限,如果在12V系统引入弱混,输出电流高达1000A,显然行不通。
2.60V是安全电压,也就是说只要低于60V的电压,不需要采取额外的安全防护措施,而48V电池的充电电压最高56V,即48V电池电压是安全电压下的最高电压等级。
3.要满足排放法规要求,单纯靠提高发动机燃油效率基本是不可能完成的任务,混合动力化、纯电动化是最佳技术路线。纯电动化由于高成本以及续航问题,短期内无法大量普及,而48V轻混系统是更务实的选择。
二、瑞风M4混合动力技术方案解析
瑞风M4混合动力采用48V系统,利用直流电流控制DC/DC、 DC/DC实现48V到12V降压,向整车原12V系统供电,也具备12V到48V升压功能,负责48V系统上电预充,系统电压取决于48V锂电池端电压,驱动电机采用皮带传动的起动/发电一体化电机BSG,BSG三相电机与逆变器集成,逆变器将直流电转换为三相交流电供电机使用,48V高压电缆经车身底盘下方穿过防火墙至发动机舱的接线盒PDB,并由PDB盒分成3路分别引入BSG、ESC、DC/DC。
1.48V锂电池系统
系统由电芯组件、电池包组件、电池管理系统BMS、低压接插件、高压接线柱、铝合金壳体和塑料端盖等组成,电池结构方式1并14串,电芯型号采用8Ah/3.3V、 BMS集成在48V锂电池包内部,监控电池的SOC等信息
2.BSG电机
BSG是Belt- driven StarterGenerator的简写,指皮带传动起动/发电一体化电机,由电机本体和控制器两部分组成。BSG电机取代原有的发电机,发动机与电机之间采取皮带传动方式进行动力传输,用于实现发动机的快速起动,在正常行驶工况下,BSG电机和常规车发电机一样由发动机驱动电机发电,给蓄电池充电。电机通过皮带传动与发动机曲轴相连,电机既可作为发电机,又可作为电动机。本车的BSG电机本体为六相爪机同步电机,电机控制器集成在电机后端,包括MCU。爪极电机原理和直流电机原理一样,磁极一端固定在机座上,一端向两边延伸型状像爪,故名爪极,六相是指六相绕组电机,相对三相绕组同步电机,六相电机具有体积小、转矩波动小的特点。
BSG通过发动机ECU控制,输出正扭矩时,实现快速起动发动机、电子怠速与助力功能;输出负扭矩实现智能发电、制动能量回收。所以降低车辆油耗的同时,也可以提高车辆加速性,其主要功能如下。
(1)起动:起动工况时BSG电机短时间内将发动机加速至怠速转速以上,发动机开始工作;
(2)助力:加速工况时BSG电机提供低端助力,和发动机一起达到快速提速;
(3)能量回收:减速工况时驾驶员踩下制动踏板,通过混合动力控制器HCU向BSG传送信号,将车辆动能转化成电能并储存起来,达到能量回收的节油效果;
(4)充电:车辆电量低时,BSG发电予以补充。
3.DC/DC控制器
DC/DC控制器指48V/12V双电源之间的电压与能源转换控制单元,包括功率和控制两大模块,其中功率模块包含EMC滤波电路、升压电路、降压电路等子模块,控制模块包含高低压端电流和电路测量电路、通信电路模块。DC/DC结构由外壳体、控制板、散热外壳、接插件及透气孔组成。
混合动力系统起动过程中,DC/DC将12V升压至48V并输送到48V网络,促使锂电池的接触继电器闭合;混合动力系统起动后,再将48V网络降压至12V,并输送到12V电源及用电设备,满足原车的12V蓄电池充电和整车其它用电设备用电需要。
三、瑞风M4混合动力网络架构解析
该车网络架构采用传统动力系统和混合动力系统分离、动力系统和车身系统隔离的技术方案,其中车身控制单元BCM是集成动力CAN和车身CAN的网关,发动机ECU是集成动力CAN和混合动力CAN的网关,网络通信系统包含两路CAN,波特率均为500kbps,一路LIN,波特率为19.2kbps,网关BCM作为LIN总线的主节点。
混合动力电控HCU(本车的HCU硬件集成在原发动机ECU里面)与混合动力零部件通过CAN总线进行指令和状态的信息交互,BSG、 DC/DC和48V电池控制器供电为12V、 48V系统的HCU负责扭矩协调控制,通过CAN通信的方式实现BSCT\DCDC\ECU\ESC的协调控制;BSG电机控制器MCU接受HCU指令实现起停、能量回收功能,锂电池控制BMS实现电池系统SOC\SOF逻辑控制及电池系统的热管理。
四、瑞风M4混合动力车型使用及注意事项
因为BSG为皮带传动,不足以独立驱动车辆,瑞风M4仍配备常规12V起动机,在发动机冷起动或48V系统故障时均由常规12V起动机起动。发动机起动后约2s左右,锂电池的接触继电器闭合,48V系统完成上电准备工作。
因为取消传统发电机,12V蓄电池由 48V系统经DC/DC转换充电。车辆长期停放会导致电池亏电,长期停放时需断电,并按期充电。
因为离合器脱开或挂空挡时动力传输中断,BSG助力和制动能量回收功能将失效。自动起停需发动机舱关闭、安全带系上、车门关闭、空调关闭等条件,在条件满足时才会实现自动起停。
冬季车辆在室外长时间停放后,48V电池温度过低(低于-10℃),车辆混合动力系统使用受限,需要车辆长时间运行,电池升温后,混合动力系统才能工作;夏季车辆室内温度过高(如不开空调等),48V电池室内存在温度过高的风险,此时车辆混合动力系统性能受限。
48V电压较高,在车辆维修检查时一定注意安全,禁止带电操作,非专业人员禁止拆装、打开混合动力部件及电线等,用车过程中关注发动机故障灯和发动机维修灯以及文字提示,按照要求进行检查、重起或维修。拆装过程中需要注意以下几点:
1.锂电池安装时,须确保排气管与电池排气孔紧密连接,排气管密封圈与车身紧密连接,排气管无堵塞。在安装、拆换电池时必须确保车辆钥匙在OFF状态,车辆不工作。
2.拆换或连接48V线束时,需注意电池和线束上标注的“+”、“-”符号,避免接错。
3.电机或DC/DC等零部件接线桩GND/48V/12V均需避免磕碰接线桩头的保护栅。