2021款路虎发现运动插电式混合动力系统技术亮点(二)

2021-09-09北京杨宝利

汽车维修与保养 2021年5期

关键词：三相蓄电池绕组

◆文/北京杨宝利

(接上期)

8.高压接线盒

高压接线盒(HVJB)如图9所示，HVJB包含以下部件：

图9 高压接线盒

①充电控制模块(BCCM)；

②直流/直流转换器(DC/DC)；

③HVJB及内部熔丝。

HVJB接收来自HV蓄电池的HV电源并将电源分配给辅助HV部件。当车辆连接至电网电源进行充电时，HVJB还会接收来自BCCM的电源，将来自BCCM的输入电压引导至HV蓄电池。HVJB位于车辆下部、BISG逆变器旁边。HVJB含有HV系统辅助部件的熔丝。由HVJB提供电力的HV部件有：①HVCH-40A；②eAC压缩机-40A。

蓄电池充电控制模块(BCCM)整合到HVJB中。BCCM包含一个7kW交流(AC)车载充电器，它带有100A直流(DC)接触器并集成了3.8kW直流/直流DC/DC转换器。BCCM的作用是向HV蓄电池供应DC电力。通过HVJB将电力供应给HV蓄电池。BCCM、BECM和PCM之间通过HS CAN进行通信。当车辆处于电源模式0时，BCCM与BECM之间进行通信，以确保监测HV蓄电池充电率和模块温度。通过BCCM将AC输入电压转换为HV蓄电池充电所需的DC，来完成此操作。可使用三相插入式充电电缆，但BCCM只使用一个相位。

当连接到外部电源时，BCCM将AC电压转换为HV蓄电池充电所需的DC。也可使用DC电源壁挂充电箱利用DC电流直接为HV蓄电池充电。该模式能够在BCCM管理下，以高达100A的电流直接对HV蓄电池进行充电。这样可以调节充电电流以防止损坏HV蓄电池，从而确保蓄电池模块具有最佳性能和寿命。这个37kW值是最高值，在充电过程中，BCCM可能会将该值调节至较低的水平。

直流/直流(DC/DC)转换器为车辆和启动蓄电池提供12V电源。DC/DC由HV蓄电池供电，将来自HV蓄电池的HV电源转换为12V系统电压，供车辆启动蓄电池和电气负载使用。它用于对12V启动蓄电池充电，并为所有12V部件提供电力。DC/DC的输出约为14V。HV电路和低压电路以“电流隔离”的方式相互隔离(HV和12V电路之间没有直接连接)。这就防止了HV和低压电路连接在一起。DC/DC并不能将12V电压转换为HV以便为HV蓄电池充电。警告：DC/DC属于12V电源。在执行任何需要断开12V蓄电池的作业时，还必须断开DC/DC(例如，在拆下安全气囊时)。利用JLR诊断设备上的应用程序，可以用电气方式完成此操作。如果应用程序不可用，则必须以物理方式从DC/DC转换器断开12V连接。DC/DC通过HS CAN电源模式0系统总线接收车身控制模块(BCM)/网关模块(GWM)的通信。BCM/GWM将会发送充电负载请求，DC/DC将会生成正确的输出电压和电流以匹配车辆负载请求。DC/DC有一个压力均衡接头。该接头通过管道和软管连接至发动机舱左后部的空气。这使得DC/DC内的压力与大气压力达成平衡，以防止DC/DC转换器内部形成压力或真空。

9.电动后驱动器

电动后驱动器(eRAD)如图10所示，eRAD是一个永磁同步电机，位于后轴上。它取代了后轴和差速器。eRAD驱动中间齿轮和开放式差速器，进而通过半轴驱动车轮。与发动机和变速器配合驱动前轮，eRAD因而提供全轮驱动(AWD)能力。eRAD提供80kW功率和260N·m扭矩。当eRAD作为电机工作时，逆变器接收来自HV蓄电池的直流(DC)电源，然后将DC转换为三相AC。HV AC被施加到电机中的三相定子绕组。来自旋转分解器环位置传感器的数据用于控制HV三相AC的相位。根据来自PCM的扭矩请求指令，逆变器确定施加到eRAD上的HV三相AC的相位(如同步电机操作部分中所述)。逆变器和PCM通过FlexRay总线网络进行通信。当处于再生制动模式时，eRAD产生三相AC以供应至逆变器(如同步电机操作部分中所述)。逆变器会将AC整流为DC并调节电压，以便向HV蓄电池充电。逆变器控制在再生制动期间回收电能以及对前后轮施加的制动效果。PCM通过FlexRay总线网络将来自每个eRAD的所需制动力数据发送至逆变器。eRAD具有两个电气接头：①至逆变器的HV DC电源供应；②LV DC电源和网络连接。

图10 eRAD电动后驱动器

eRAD具有一个置于车身的接地带状搭铁线，具有三根通风管：

①用于电机的远程通风；

②用于eRAD变速器的远程通风；

③逆变器上的Gortex通风。

eRAD的操作由所连接的逆变器根据来自PCM的扭矩请求指令进行控制。逆变器根据需要在电机和发电机两个角色之间切换eRAD的操作。永磁同步电机使用了配备永磁铁的转子，永磁铁与定子绕组处产生的电磁场同步。通过按照逐渐改变每个绕组极性的顺序向定子绕组上施加三相AC，定子周围将会产生旋转的电磁场。转子位置与这个旋转的电磁场保持一致，从而吸引转子磁铁的磁场，导致转子转动。当转子和旋转的定子磁场完全同步时，转子的输出速度与施加到定子绕组上的AC频率成正比。在这种情况下，电机功率输出达到最大。当电磁场绕着定子旋转时，转子的位置将会与其相匹配。变速器的内部齿轮直接安装到转子上，并驱动中间齿轮。中间齿轮驱动差速器。图11展示了简单永磁同步电机顺时针转动的旋转情况。施加到定子绕组上的三相AC受到控制，因此能够从一套绕组旋转到下一套绕组，转子遵照相同的速率旋转。

图11 eRAD同步电机的操作

施加到定子绕组上的电流的大小和相位与电机的扭矩输出成比例，因此需要进行精确控制才能实现电机的效率。旋转分解器环位置传感器用于准确检测转子相对于旋转电磁场的速度和位置，以便全面控制电机输出。旋转分解器输出直接被供应至逆变器。然后，逆变器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与PCM发送的扭矩请求相匹配。逆变器也使用位置信息来确保转子始终与旋转的磁场保持同步。

当转子的磁场滞后于定子的旋转磁场时，电机将会产生扭矩。随着永久磁铁持续尝试“赶上”定子的旋转磁场，电机将会产生扭矩。AC输入的正时相对于转子的位置提前，输入的提前量越大，产生的扭矩也就越大。但是，AC输入过于提前将会导致磁场脱离同步状态，电机将会停转。AC输入的正时也可以相对于转子的位置滞后，旋转磁场试图往相反的方向拉动转子，产生可调节的制动扭矩。当制动的动能转换为电能时，电机将会变为发电机。随着转子绕着定子转动，转子的磁场将会穿过定子绕组，从而感生出三相AC。转子的速度和定子线圈的磁场强度与发电机输出成正比。

eRAD动力传递示意图如图12所示。电机通过减速齿轮驱动变速器并eRAD断开。变速器差速器产生的驱动力经由中空的电机中心被传回至左后轮，并且差速器产生的驱动力直接被传送至右后轮。每个eRAD的操作由所连接的逆变器根据来自PCM的扭矩请求指令进行控制。

图12 eRAD动力传递示意图

逆变器根据需要在电机和发电机两个角色之间切换eRAD的操作。当eRAD作为电机工作时，逆变器接收来自HV蓄电池的DC电源，并将DC转换为三相AC。HVAC被施加到电机中的三相定子绕组。来自旋转分解器环位置传感器的数据用于控制HV三相AC的相位。根据来自PCM的扭矩请求指令，逆变器确定施加到eRAD上的HV三相AC的相位(如上面同步电机操作部分中所述)。逆变器和PCM通过FlexRay总线网络进行通信。当处于再生制动模式时，eRAD产生三相AC以供应至逆变器。逆变器会将AC整流为DC并调节电压，以便向HV蓄电池充电。逆变器控制在再生制动期间回收的电能以及对后轮施加的制动效果。来自eRAD所需的制动量数据通过FlexRay总线网络从PCM发送至逆变器。

再生制动有两个级别：

①超速：当驾驶员将脚从加速器踏板上抬起时，逆变器会将电机的操作更改为发电机，并产生电磁制动(负)扭矩。PCM将会基于eRAD和蓄电池容量向ABS控制模块发送有多少负扭矩可用于再生制动的计算值。ABS模块将会计算前后轮所需的制动偏差，然后通过FlexRay总线网络将此数值发送至PCM。然后，PCM通过eRAD逆变器请求所需的负扭矩，以保持恒定的减速度。

②制动踏板：当踩下制动踏板并且所需的制动力高于0.2g时，PCM将会基于eRAD和蓄电池容量向ABS控制模块发送有多少负扭矩可用于再生制动的计算值。ABS模块将会计算前后轮所需的制动偏差，然后通过FlexRay总线网络将此数值发送至PCM。然后，PCM通过eRAD逆变器请求所需的负扭矩，同时混合来自集成动力制动控制模块的液压制动力，以达到所需的制动水平。

注意：超速时，驾驶员可以从触摸屏菜单中选择两种再生制动力模式：高(最高为0.2g制动力)和低(最高为0.07g制动力)。这就允许驾驶员控制松开加速器踏板时产生的负扭矩量。在驾驶时可以选择这些模式，并且可以在两者之间平稳过渡。例如，当车辆滑行下坡且未踩下加速器踏板时，驾驶员可以选择高水平再生制动，以便更多地控制车辆下坡速度。

10.eRAD逆变器

eRAD逆变器如图13所示，它直接连安装接到eRAD，三相接头在内部直接连接到eRAD。注意：eRAD逆变器不是可维修部件。如果需要更换eRAD逆变器，则必须将整个eRAD组件作为一个单元进行更换。

图13 eRAD逆变器

11.eRAD驱动器断开连接

当速度超过145km/h时，eRAD从主减速器断开。这可确保eRAD不会超速。通过eRAD的最终传动部分中的斜台和执行器在eRAD中实现断开。如图14所示，电机驱动齿轮，齿轮进而驱动固定式凸轮环。当固定式凸轮环转动时，它会促使弹簧加载的凸轮环返回到此过程中，使犬齿不再同步，并断开eRAD与差速器之间的驱动。由外壳上的一个传感器监测驱动断开装置的位置。

图14 eRAD驱动器断开连接

12.皮带集成式启动机发电机和BISG逆变器

皮带集成式启动机发电机(BISG)和BISG逆变器如图15所示，HVBISG位于发动机前部通常安置发电机的位置。BISG逆变器位于车辆地板下方HVJB旁边，具有一个来自BISG的HV输入和一个接至HV蓄电池的HV输出。BISG即可作为发电机，也可作为启动机工作。BISG作为发电机时，产生提供给HV电力。HV BISG作为电机时，可使发动机转速从0提升至指定的运行速度。如果驾驶员需要的扭矩高于EV系统的能力，或者系统认为出于低蓄电池荷电状态等其他原因，而必须启动发动机时，则BISG将作为电机工作。当温度低于-5℃时，使用传统启动机电机以启动发动机。