路虎揽胜运动版混合动力新技术(三)

◆文/北京 安海权

路虎揽胜运动版混合动力新技术(三)

◆文/北京 安海权

(接2017年第3期)

三、电力变频转换器(EPIC)

1.概述

电力变频转换器(EPIC)位于高压蓄电池托盘内，安装在车辆底部右侧。EPIC如图21所示，其主要功能如下：①DC至AC转换器(280V DC至280V AC)，从HVB为MG提供动力。②AC至DC转换器(280V AC至280V DC)，从MG为HVB充电。③DC至DC转换器(280V DC至14V DC)，从HVB为车辆电气系统提供电力。

EPIC是高压系统所有部件之间的中央连接，同时也连接到车辆电气低压系统。总成安装有一个控制单元，除管理上述内容外，还同时监控EPIC的工作状态，并调节三相输出，驱动电机MG。安装至HEV的SDV6发动机的最大差别是删除了12V发电机。当MG如发电机一样操作时，车辆电气系统和12V蓄电池通过EPIC获取电能。EPIC包含一个DC-DC转换器，输出至12V电气系统。EPIC通过混合CAN总线从车辆网关接收充电负荷请求，方法和正常的12V发电机一样。注意：如果混合动力系统不能工作，蓄电池将不能充电。蓄电池可能通过至跨接柱的连接，从外部充电器上充电，方法与非HEV车辆相同。高压蓄电池不能通过该外部充电装置进行充电。

图21 电力变频转换器(EPIC)

2.EPIC冷却回路

高电气负载导致EPIC内产生大量热量，其同样有一个专用的冷却回路(中等温度)。EPIC 冷却回路部件如图22所示，冷却回路示意图如图23所示。回路有一个电动泵⑧，并由EPIC进行控制，方式与使用PWM信号的HVB冷却液泵相同。EPIC可通过控制电动水泵(如位于EV模式)独立地调节冷却液通过中等温度电路。EPIC温度由一个外部温度传感器测量。冷却系统的目的是达到65℃的最大工作温度，若温度达到85℃，EPIC可以降低功率输出以控制工作温度。冷却回路同时通过一个5路歧管整合到中等温度冷却回路。

图22 EPIC 冷却回路部件

图23 EPIC 冷却回路示意图

3.EPIC内部部件

MG作为发电机运转产生三相交流(AC)电，EPIC须将交流AC转为直流DC，为HVB充电。调节电压，以通过直流-直流转换器防止高压蓄电池HVB和12V蓄电池充电过度或充电不足。MG作为电机运转时，EPIC须从HVB中接收HV、DC，然后以正确频率转换为AC。此外，还需调节电压，让电机产生正确的扭矩值。

为达到此目的，EPIC使用微处理器控制的整流器来实现这些功能。EPIC内部部件如图24所示。用绝缘栅双极型晶体管IGBT、三端子电源半导体、主要组成电子开关替换整流器中的二极管，这样，处理器可精确管理流入/流出的MG电流。整流器包含6个IGBTs，逆变器闸驱动板控制其开关，让极性正确的电流流过电路。AC电流量通过内部连接电流感测装置感应，DC电压在图中处测量。整流器总成温度也通过热敏电阻测量。为平稳和稳定三相的整流器输出，图中电路3中装入了一个DC连接电容器。直流链路电容器是电气储存设备，随电源电压的变化进行充电/放电，作为直流电路的过滤器或稳定器。eAC和直流-直流转换器也装有较小的电容器，执行同样的功能。

图24 EPIC内部部件

切断电源时，如果没有载荷消耗电容器储存的能量，电容器保持充电的状态。所有电容器如果自然放空，电压达到安全水平是一个漫长的过程。EPIC设计用于将电压从310V放电到＜60V的被动放电时间降低至少于300s。为加强安全性，EPIC装入了低压控制的接触器和电阻器。蓄电池接触器断开时，EPIC闭合该接触器以提供电荷泄放通道。EPIC设计用于将电压从 310V放电到＜60V的主动放电时间降低到少于3s。如果发生紧急断电，如将收到有效的ENS信号，或HVIL将变为断开的电路，系统将断开蓄电池接触器，闭合EPIC接触器，放出储存在电容器内的能量(主动放电)，以使系统电源以最快的速度降低。

四、电机-发电机(MG)

1.概述

本期应纳增值税额的计算核算。月末，先将“应纳税额”专栏贷方余额结转至“一般计税未交增值税”明细科目贷方，记录当期一般计税应交增值税；再将“一般计税预交增值税”明细科目记录的按规定可于当期结转扣减的已预交增值税金额结转至本明细科目的借方，扣减当期一般计税应交增值税；最后，将“减免增值税额”明细科目记录的能在本期应纳税额中抵减的金额，结转至“一般计税未交增值税”及（或）“简易计税应交增值税”明细科目借方，结转计算后 “一般计税未交增值税”与“简易计税应交增值税”明细科目贷方余额（不含留待后期抵减的预交增值税）之和就是本期应纳税额合计，对应增值税纳税申报表的主表的第24行本月数。

电机-发电机(MG)位于发动机和变速器之间，代替变矩器，用于在电驱动或机械驱动时，驱动变速器。MG是一个密封式不可维修的单元，只可作为完整的总成更换。MG是一个交流同步电机，最大输出功率为 35kW或170N·m。术语“同步”定义为转子速度与交流输入频率直接成正比(转子的速度将与施加到定子线圈的交流频率同步)。MG结构如图25所示，基本原理如图26所示。

图25 电机-发电机(MG)结构

图26 电机/发电机（MG）工作原理

定子由24个线圈排列构成。线圈分为三组，每组有8个线圈，它们串联在一起，每组线圈对应三相输入中的一个单相。线圈绕在定子周围，产生统一的交变模式，转子是32极永磁设计，可提供恒定的磁场输出。转子通过花键连接至变速器输入轴，通过旋转转子，车辆发动机或MG将驱动变速器。当三个独立的相位通电时，线圈排列形成了一个旋转磁场。旋转磁场的速度与交流输入的频率直接成正比，旋转磁场还可确保电机以正确的方向旋转。实际上，定子的旋转磁场拉动转子的磁场，使转子转动。随着转子速度逐渐与定子旋转磁场同步，电机变为“ 锁定”状态，电机处于此状态时可实现最大功率输出。EPIC接收VSC的扭矩请求，计算并以正确的速度和输出功率转动转子所需的AC频率，以提供请求的扭矩值。转子转速越快，反EMF(电动势)越大，因此，随着频率升高，相位电压也随之升高，以平衡转子的反EMF，让扭矩输出保持在正确水平。转子的速度与施加于定子线圈上的AC频率直接成正比，可用下列公式计算：

频率设为0，便于让EPIC获取转子的位置，这一动作完成时，频率增加到算定的目标，在定子绕组内产生合适的旋转磁场。低于300r/min的转子转速难以精确控制，因此在大多数情况下，EPIC将转子的转速控制在300r/min以上，这尽管要消耗一些电量，但能增强车辆的驾驶性能。HVB为EPIC逆变器提供DC电压。由EPIC产生三相输出给MG。参照图24，每一IGBT 对由控制模块7以与理想AC频率一致的频率进行PWM切换。例如1对和2对：打开IGBT 1让正电流流过：关闭IGBT 2切断负电流。然后控制器倒转开关，让负电流通过，同时切断正电流。矢量控制策略决定6个IGBT的切换模式，以在任何速度实现最佳性能。矢量控制是一种可变频率驱动(VFD)控制方法，用于控制3相AC电机的输出。VFD方法使用两种可控的逆变器输出变量，即AC频率和电压量值。

2. 电机控制

电机的扭矩输出和发电机的电力输出可通过操作定子线圈激励相对于转子位置的正时进行调节。电机控制示意图如图27所示，下面分别介绍扭矩控制和发电控制。

图27 电机控制示意图

(1)电机扭矩控制

参照图27，转子和旋转磁场同步时，转子的输出速度与施加的AC频率直接成正比。在这种情况下，电机功率输出达到最大。转子的永久磁铁滞后于定子的旋转磁场时，产生扭矩。 永久磁铁在继续试图“赶上”定子的旋转磁场的过程中，产生转向力，即扭矩。AC输入的正时相对于转子的位置提前。转子与旋转磁场越不同步，扭矩越大，反之亦然。然而，如果转子滞后过多，则不能跟上旋转磁场的通路，从而退出同步，不再产生扭矩。

(2)发电机输出控制

(3)解析器

解析器输出的信号能让EPIC在定子线圈上施加正确的频率和电压，以确保电机的扭矩输出能匹配VSC发出的扭矩请求。同时确保转子始终与旋转磁场保持同步。如图28所示，转子的位置用“解析器”测量。图28演示了一个极其简单的包含三个线圈的解析器电路，实际上，MG装有28个线圈，分为两组，每组的线圈用导线串联。这能让EPICM精确测量转子的位置。

图28 解析器

激励器初级绕组和两个接收器线圈均固定在定子上，激励器次级绕组固定在转子上。激励器初级绕组的输入电压为低压12V AC电，频率恒定。初级绕组将电流导入转子中的次级绕组，由于输入恒定，次级绕组不论处于哪个位置，其输出保持恒定电流。转子旋转时，电流导入两个接收器线圈(线圈之间为90°间隔)。转子每旋转一圈，在每一接收器线圈上产生两个正弦曲线波形。接收器线圈直接输出到 EPIC，监测两个信号的相对电压幅值，以确定转子的机械角度，从而得出电角或转子位置。(余弦波与正弦波相同，但滞后90°)注意：为确保位置传感器的精确度，必须考虑部件偏差。如果更换 MG或 EPIC，必须执行校准例行程序，让EPIC储存位置传感器的补偿值。

3.分离离合器K0

分离离合器如图29所示，它是湿式四板液压离合器组件。通过应用变速箱阀块提供的液压机油压力，可关闭离合器。离合器关闭时，转子耦合到内燃机，离合器打开时，内燃机与转子分开。离合器组件的热容量受操作方法及其位置的限制，因此须小心操作离合器，以防打滑。开关离合器的命令由VSC生成，通过混合动力CAN总线传到TCM。TCM负责调整分离离合器的液压压力，以接合/分离离合器驱动。

离合器关闭前，调整发动机转速，这样一来，离合器关闭时，分离离合器打滑的几率将减到最小，动力输入可实现无缝传输。VSC与TCM一同计算与车辆当前状况相一致所需的发动机转速。如图30(a)所示，如果从静止状态缓慢加速，MG将提供从静止状态启动的动力，因此离合器将打开。所需的扭矩超过MG的性能时，发动机就会启动，VSC将发动机的转速设置为符合MG的转速，使其速度同步。随着离合器关闭，这两种驱动力实现无缝结合。如图30(b)所示，从静止状态急加速，MG的负载增加。如果离合器关闭时发动机和MG的速度同步，这种负载将减缓发动机的速度，驾驶员会注意到这一现象。为进行补偿，VSC计算发动机转速时会将负载考虑入内。 离合器关闭时，增加的转速补偿预计的减缓，实现驱动的无缝过渡。

图30 分离离合器控制

4.变速器集成启动离合器(ILC)和电动油泵

集成启动离合器(ILC)组件取代标准8HP变速器的“B”制动离合器组件。ILC能让离合器滑动的时间延长,高达7s，从而调节驱动输入和传动系统之间的扭矩变化。这能消除传动系统的震动或抖动。实际上，ILC 接管了正常情况下属于变矩器的功能。TCM 操作的ILC,驱动由MG提供时，离合器也会逐渐增加转子的负载，过多的负载将减慢转子的速度，导致其过度滞后于旋转磁场，最后转子会停止。图31所示为集成启动离合器(ILC)。

图31 变速器集成启动离合器(ILC)

图32所示为电动油泵。参照图31和图32，低压12V电动泵集成到变速器阀块区域。当车辆静止 (ECO 停止)以及在EV模式下驾驶时，泵为变速器和 MG离合器提供液压机油压力。变速器机械油泵可以提供正确的压力和液压机油量时(如果输入轴转速超过500r/min)，则泵会禁用。

图32 电动油泵

5.电机-发电机(MG)冷却

由于施加了高机械和电气负载，MG中会产生高温。EPIC通过MG壳体内的温度传感器监测温度，温度通过集成在发动机“高温”冷却回路内的专用冷却回路进行调节。电机-发电机冷却部件如图33所示，冷却回路如图34所示，在冷启动和预热条件下，发动机恒温器关闭，这反过来会限制冷却液流过MG冷却回路。由于在这些情况下，MG要求冷却，因此EPIC使用PWM激活的电动泵。冷却液从散热器底部抽出，经过变速器机油冷却器和MG壳体，然后回到散热器底部。这为MG在发动机没有发动(发动机进入ECO停止，由MG提供驱动)或恒温器关闭的情况下提供独立于发动机机械冷却液的冷却液流。

图33 MG冷却部件

图34 MG冷却回路

(未完待续)