江淮瑞风M4弱混汽车混动系统原理简析与故障案例分析

江淮汽车乘用车营销公司 卢 强，胡怀军

随着社会的快速发展，汽车越来越成为人们生活中必不可少的交通工具。汽车给人们带来诸多方便的同时也带来了极大的危害，快速增长的汽车消耗了大量的石油资源，排放了大量的废气，给人们赖以生存的大气环境带来了严重的污染。为了缓解这个问题，各汽车制造厂结合传统燃油汽车和新型电动汽车的优点相继推出了混合动力汽车。

混合动力汽车由传统燃油发动机和以动力电池为动力源的电机驱动，根据设计原理和混合动力效果的不同，发动机与电机有

多种形式的布置方式（图1）。混合动力汽车在不同路况下由混合动力系统自动选择不同的驱动模式（发动机或电机驱动），实现发动机与电机的最佳配合，以达到在保证汽车行驶性能的情况下保护环境和节约能源的目的。本文简单解析了江淮瑞风M4弱混汽车的控制原理，并例举了2例故障案例，旨在让维修人员了解江淮瑞风M4弱混汽车的常规维护方法和故障诊断方法。

瑞风M4弱混汽车采用的是P0技术路线，P0

技术路线指的是将电机呈纵向与发动机并列安装，用前部传动带将起动、发电一体化电机与发动机相连接（图2），从而实现电机对发动机输出转矩的加力辅助。

图1 混合动力汽车发动机与电机的布置方式

图2 电机与发动机的连接

P0布置方式实质上没有改变汽车原有的动力系统，由于传动带易打滑等特性，P0布置方式理论上不支持大强度的混合动力输出。因此，瑞风M4混合动力汽车理论上被称为弱混汽车。瑞风M4弱混汽车支持发动机怠速停机、停机后快速起动、电机助力及制动时发动机能量回收。

1 瑞风M4弱混汽车混合动力系统的组成

1.1 混合动力系统的组成部件及作用

瑞风M4弱混汽车混合动力系统主要由混合动力控制单元（HCU）、电机（BSG）、48 V锂电池、直流转直流控制器（DCDC）、高压接线盒（PDB)等部件组成（图3）。

1.1.1 混合动力控制单元（HCU）

HCU被集成在发动机控制单元（ECU）上，车辆在正常行驶时，HCU对发动机输出转矩实施控制，并通过CAN总线实现与ECU、BSG之间的数据转换，需要时，HCU也能发出指令给BSG，实现发动机起停、制动能量回收等。

1.1.2 电机（BSG）

BSG是Belt-driven Starter Generator的简写，BSG由电机本体和控制器2个部分组成。BSG与发动机之间采取传动带方式进行动力传输，在正常行驶中，BSG和常规发电机一样由发动机驱动发电给蓄电池充电。当输出为负转矩时，实现高效智能发电、制动能量回收，降低车辆油耗；在输出正转矩时，实现快速起动发动机、电机助力，提高发动机的加速性能 。

BSG为6相爪极同步电机，电机控制单元（MCU）集成在电机的后端，电机的原理和直流电机原理一样。如图4所示，磁极一端固定在机座上，另一端向两边延伸，形状像爪，故名为爪极。6相是指电机有6相绕组，具有体积小、转矩波动小的优点。

1.1.3 48 V锂电池

瑞风M4弱混汽车在12 V主供电源的基础上增加了一个48 V锂电池，48 V锂电池的安装位置在前排乘员侧座椅下（图5），电池结构方式为1并14串（电芯单体为8 Ah/3.3 V，14个电池单体串联成组件）。电池管理控制单元（BMS）集成在48 V锂电池包内，其作用主要是监控电池的状态，如锂电池的充放电状态、温度等。

1.1.4 直流转直流控制器（DCDC）

图3 瑞风M4弱混汽车混合动力系统的主要部件

图4 电机（BSG）结构

图5 48 V锂电池安装位置

直流转直流控制器（DCDC）是48 V/12 V双电源转换控制单元，DCDC包括功率模块和控制单元，其中功率模块包含滤波电路、升压电路、降压电路，控制单元包含测量电路、通信电路等。混合动力系统工作过程中，DCDC将12 V升压至48 V并输送到48 V网络，触发48 V锂电池控制继电器闭合。混合动力系统工作后，DCDC将48 V电压降至12 V并输送到12 V蓄电池及用电设备，满足12 V蓄电池充电和全车12 V用电设备的用电需求。如图6所示，DCDC由外壳体、控制板、散热外壳、接插件及透气孔组成。

图6 直流转直流控制器（DCDC）结构

1.1.5 高压接线盒（PDB）

高压接线盒（PDB）的作用是将48 V锂电池的供电分配给48 V用电设备使用，PDB内有熔丝、继电器（图7），可实现对48 V用电设备的保护和电源切断。

图7 高压接线盒（PDB）

1.2 48 V系统

48 V锂电池电压输出的电缆从前排乘员侧座椅下的地毯下方穿过防火墙至发动机室PDB，再通过PDB分别连接至BSG、DCDC及其他用电设备（图8）。48 V系统的电路如图9所示。

2 瑞风M4弱混汽车通信网络

如图10所示，瑞风M4弱混汽车通信网络包含3路CAN总线和1路LIN总线。3路CAN总线分别是混合动力CAN总线、动力CAN总线和舒适CAN总线。3路CAN总线的波特率均为500 kbit/s，LIN总线的波特率为19.2 kbit/s。车身控制单元（BCM）是动力CAN总线和舒适CAN总线的网关，发动机控制单元（ECU）是动力CAN总线和混合动力CAN总线的网关。

3 瑞风M4弱混汽车混动系统的主要功能

瑞风M4弱混汽车混动系统的智能充、放电功能和BSG助力功能见表1～表2所列。

4 瑞风M4弱混汽车BSG助力进入、退出条件

4.1 BSG助力进入条件

（1）距离上次BSG助力时间超过15 s。（2）加速踏板开度≥70%。（3）48 V锂电池电量≥45%。（4）自动挡车为D挡、倒挡状态，手动挡车为除空挡以外的挡位。

（5）离合器踏板松开。

（6）允许BSG拖动转矩≥5 N·m。

（7）发动机实际转矩和基础转矩值均有效。

4.2 电机（BSG）助力退出条件

（1）BSG助力时间超过20 s。

（2）加速踏板开度≤50%。

（3）48 V锂电池电量≤35%。

（4）踩下加速踏板。

（5）自动挡车为P挡或N挡，手动挡车为空挡状态。

（6）离合器踏板踩下。

（7）允许BSG拖动转矩≤1 N·m。

图8 48 V系统部件布置

图9 48 V系统电路

图10 瑞风M4弱混汽车通信网络

表1 智能充、放电功能

表2 电机（BSG）助力功能

5 瑞风M4弱混汽车使用时的注意事项

（1）瑞风M4弱混汽车配置的是48 V系统，BSG发电输出的电能储存到48 V锂电池内，再由48 V锂电池经DCDC转换，将48 V电压降压成12 V，供12 V蓄电池充电和整车12 V用电设备使用，如收音机、前照灯、刮水器等。车辆长期停放时会导致12 V蓄电池和48 V锂电池亏电，因此，瑞风M4弱混汽车长时间停放时应断开12 V蓄电池的负极桩头，以免蓄电池亏电引起发动机无法起动和锂电池电源无法接通。

（2）瑞风M4弱混汽车起停系统正常工作需要满足的条件有：发动机室盖关闭；安全带扣上；全车车门（包括行李箱盖）关闭；空调关闭等。如发动机怠速起停功能出现异常，在维护检查过程中应注意上述条件是否满足。

（3）在室外温度低于-10 ℃的环境下长时间停放或48 V锂电池温度低于-10 ℃时，混合动力系统的使用会受到限制，车辆需要长时间运行，等锂电池升温后，混合动力系统才能正常工作。夏季车内温度过高时，混合动力系统的工作也会受到限制。

6 瑞风M4弱混汽车维护时的注意事项

瑞风M4弱混汽车48 V虽然是安全电压，但维修或检查时仍需注意安全，禁止带电操作，非专业人员禁止拆装混合动力部件及高压线缆等。混合动力部件拆装过程中需注意以下几个方面。

（1）拆卸、安装锂电池时，必须确保点火开关在“OFF”挡。

（2）锂电池安装时，必须确保锂电池的废气排气口与通往车体外的废气排气管连接完好，并保证废气排气管无堵塞，防止锂电池工作时产生的废气排入车内。

（3）拆卸或连接48 V线束时，应注意电池和线束上标注的“+”“-”符号，避免接错。

（4）拆装或连接BSG、DCDC等48 V/12 V电源导线时，应注意避免各连接桩头相互磕碰，防止桩头保护格栅被损坏，导致电源之间的短路。

7 瑞风M4弱混汽车故障案例2例

案例1 故障现象 一辆瑞风M4弱混汽车，累计行驶里程约为1.3万km。该车在行驶中无法进入混合动力模式，且发动机起停功能失效，仪表盘上的EPC灯及充电指示灯长亮。

故障诊断接车后试车验证故障，故障现象确实存在。连接故障检测仪检测，读取到4个故障代码，分别为“P1A17 48 V预充失效”“P1A20 12 V端电压测量偏差较大”“U0120 BSG CAN通信故障”“U0298 DCDC CAN通信故障”。根据故障代码的提示，结合该车的故障现象分析，认为可能的故障原因有：电路或电器设备对搭铁短路；通信故障；12 V蓄电池电量不足；48 V锂电池电量不足；DCDC故障。

用故障检测仪读取12 V蓄电池剩余电量，显示“剩余电量为70%，可正常预充”，排除12 V蓄电池电量低导致混合动力功能失效的可能。检查发动机室内的搭铁并紧固，排除搭铁故障的可能。进一步检查混合动力系统电路，对混合动力系统CAN总线及各导线连接器进行检查，并对接通电源时DCDC等部件的通电顺序进行测试，均无异常，排除电路连接不良造成混合动力功能失效的可能。

常规检查结束后，根据故障代码“U0120”和故障代码“U0298”的提示，维修人员推断，可能是BSG或DCDC出了故障。本着先易后难的原则，维修人员更换了DCDC，清除故障代码后试车，行驶中车辆能正常进入混合动力模式，且发动机起停功能恢复正常，EPC灯及充电指示灯不再点亮。

故障排除更换DCDC，混合动力功能和起停功能均恢复正常，故障排除。

故障分析该车因DCDC失效，导致48 V锂电池控制继电器没有闭合，从而无法给BSG供电，HCU检测到BSG供电异常后通过CAN总线报送错误信号给ECU，ECU生成故障代码U0120和故障代码U0298，并点亮仪表盘上的EPC灯。

案例2 故障现象 一辆瑞风M4弱混汽车，行驶里程仅为65 km（新车）。发动机起动后，仪表盘上的EPC灯长亮，且车载显示屏显示发动机怠速时充电停止。

故障诊断维修人员在验证该车故障时，通过查看车载显示屏发现48 V锂电池剩余电量为52%。查阅维修手册得知，控制系统内设定48 V锂电池剩余电量低于55%时，混合动力系统自动控制BSG充电，而车载显示屏却提示发动机怠速时充电停止。

用故障检测仪检测，读取到的故障代码为“P1A07 BSG滥用重要故障”。因这个故障代码的含义比较含糊，维修人员只能根据该车的故障现象进行分析，推断故障的可能原因有BSG损坏、DCDC失效、48 V锂电池损坏、连接电路故障等。

首先检查BSG输入、输出状态，均正常。再检查12 V蓄电池电量，显示充足。接着检查其他电器设备的供电，均无异常，说明DCDC状态正常。进一步重点检查混合动力控制系统连接线及导线连接器，包括高压线缆、信号电路等，当拆下前排乘员侧座椅时，发现地板上锂电池包的连接线束有一处被挤压变形（图11），拆开检查，发现2根CAN总线的绝缘层因挤压而破损。

图11 故障车连接电池包的线束受挤压破损

故障排除将破损的2根CAN总线包扎好后试车，EPC灯不再点亮，发动机怠速时充电正常，故障排除。

故障分析瑞风M4弱混汽车的48 V锂电池安装在前排乘员侧座椅下的地板上，CAN总线等线束也被布置在座椅下的地板上。该车装潢时装潢工私自挪动了线束位置，座椅骨架正好压在线束上，造成2根CAN总线被挤压损坏，其中1根CAN总线对搭铁短路。根据该车48 V系统控制原理，当点火开关断开时，48 V锂电池控制继电器首先断开，如果继电器不能断开则BSG始终在通电，不仅BSG无法进入充电状态，整个48 V系统中的设备电源接通和断开顺序也会出现混乱，最终，自诊断系统检测到系统电压异常，存储故障代码“P1A07”。