◆文/北京 安海權(quán)

路虎攬勝運(yùn)動(dòng)版混合動(dòng)力新技術(shù)(二)

◆文/北京 安海權(quán)

(接2016年第12期)

(4)啟動(dòng)狀態(tài)

該狀態(tài)是睡眠狀態(tài)和待機(jī)狀態(tài)的過(guò)渡，在這一過(guò)程中，BECM初始化處理器并應(yīng)用可能存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)的任何調(diào)適值。車輛指令驗(yàn)證：BECM會(huì)驗(yàn)證請(qǐng)求車輛混合動(dòng)力系統(tǒng)的CAN信號(hào)保持有效，然后BECM將變?yōu)榇龣C(jī)狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)電源中斷，并從斷開(kāi)狀態(tài)變?yōu)樗郀顟B(tài)時(shí)，操作數(shù)據(jù)會(huì)在不可用狀態(tài)時(shí)存儲(chǔ)于非易失性存儲(chǔ)器中。

(5)待機(jī)狀態(tài)

HVB斷開(kāi)。

(6)預(yù)充電狀態(tài)

BECM關(guān)閉負(fù)極接觸器和預(yù)充電接觸器，因?yàn)殡娏鞅仨毻ㄟ^(guò)電阻器，這樣可以以可控的方式對(duì)高壓電路充電，降低電流防止對(duì)接觸器觸點(diǎn)造成損壞(減少觸電磨損)。觸電關(guān)閉驗(yàn)證可通過(guò)比較第13點(diǎn)和第3點(diǎn)與第17點(diǎn)有關(guān)的電壓進(jìn)行監(jiān)控。注意：熔斷絲完整性通過(guò)比較第3點(diǎn)和第4點(diǎn)的電壓進(jìn)行監(jiān)控。BECM將蓄電池電壓與HV電路進(jìn)行比較，并監(jiān)控其達(dá)到完全充電狀態(tài)所需的時(shí)間。如果高壓電路充電至蓄電池電壓5%以內(nèi)，BECM將變?yōu)檫\(yùn)行狀態(tài)。如果車輛電路未能在640ms內(nèi)充電至蓄電池電壓的5%以內(nèi)，將發(fā)送打開(kāi)接觸器的命令。BECM將返回待機(jī)狀態(tài)。如果BECM在10s內(nèi)3次進(jìn)入預(yù)充電狀態(tài)，則再次嘗試預(yù)充電之前會(huì)延遲2min。

(7)運(yùn)行狀態(tài)

BECM關(guān)閉正極接觸器，以使系統(tǒng)將全滿的蓄電池電量輸送至高壓電路。然后打開(kāi)預(yù)充電接觸器。BECM持續(xù)監(jiān)控和管理蓄電池系統(tǒng)以保持系統(tǒng)安全有效地運(yùn)行，直至它從車輛接收到將系統(tǒng)斷電的請(qǐng)求，或發(fā)生嚴(yán)重故障。使用這種將HVB連接至高壓系統(tǒng)的方法，為BECM提供了將HVB隔離混合動(dòng)力系統(tǒng)的裝置，以便在可能損害蓄電池的情況下為HVB提供保護(hù)。

(8)關(guān)閉狀態(tài)

當(dāng)系統(tǒng)斷電時(shí)，從運(yùn)行狀態(tài)至待機(jī)狀態(tài)的操作以及診斷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中。執(zhí)行正極接觸器焊接檢查：BECM將HVB電壓和通過(guò)正極接觸器(第7、8點(diǎn))測(cè)得的電壓進(jìn)行比較。采取了兩種電壓測(cè)量：一個(gè)位于負(fù)極總線(第17點(diǎn))，另一個(gè)位于正極總線(第13點(diǎn))。如果測(cè)得的壓差超過(guò)10V，則認(rèn)為正極接觸器為封閉焊接。執(zhí)行負(fù)極接觸器焊接檢查：BECM將HVB電壓和通過(guò)負(fù)極接觸器(第16點(diǎn))測(cè)得的電壓進(jìn)行比較。采取了兩種電壓測(cè)量：一個(gè)來(lái)自熔絲(第3點(diǎn))，另一個(gè)來(lái)自負(fù)極總線(第18點(diǎn))。如果壓差超過(guò)10V，則認(rèn)為負(fù)極接觸器為封閉焊接。

接觸器對(duì)系統(tǒng)的安全操作至關(guān)重要，操作被密切地檢查，在接觸器激活前，BECM遵守嚴(yán)格的安全流程。如果BECM檢測(cè)到蓄電池管理系統(tǒng)發(fā)生任何問(wèn)題，它會(huì)記錄相應(yīng)的故障碼并傳輸至混合動(dòng)力CAN總線。故障碼分為以下類別。

CAT1：指定為驅(qū)動(dòng)循環(huán)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，收集這些錯(cuò)誤用于保修或達(dá)到數(shù)據(jù)收集目的，它們不會(huì)傳輸至CAN總線；

CAT3：為非嚴(yán)重錯(cuò)誤指定，系統(tǒng)可能仍會(huì)安全運(yùn)行，但是需要引起注意；

CAT6：指定為嚴(yán)重故障的，在系統(tǒng)禁用前，有5s的時(shí)間允許車輛進(jìn)行校正；

CAT7：為嚴(yán)重故障指定，它要求立即關(guān)閉系統(tǒng)。

如果BECM證實(shí)接觸器未打開(kāi)，圖10將顯示于儀表盤，以警告駕駛者任何混合動(dòng)力系統(tǒng)故障。注意：車輛仍可駕駛，但系統(tǒng)可能無(wú)法完全隔離HVB。HV電纜可能一直帶電，操作車輛時(shí)必須格外小心。在任何情況下都不應(yīng)試圖停用車輛，請(qǐng)聯(lián)系高級(jí)授權(quán)人員解決問(wèn)題。BECM執(zhí)行接觸器執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)檢查：在三個(gè)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電路(第10、11和15點(diǎn))上進(jìn)行續(xù)性測(cè)試，以驗(yàn)證它們正常工作。當(dāng)上述測(cè)試出現(xiàn)故障時(shí)，將導(dǎo)致相應(yīng)的故障碼被記錄，可能是CAT7狀態(tài)，混合動(dòng)力系統(tǒng)被禁用。

圖10 混合動(dòng)力系統(tǒng)故障圖標(biāo)

3.HVB組成

蓄電池組如圖11所示，包括6個(gè)模塊。每個(gè)模塊由12個(gè)單獨(dú)的串聯(lián)連接電池組成，并密封在塑料殼中。每個(gè)模塊都有一個(gè)蓄電池單元監(jiān)控電路(CSC)，BECM用它來(lái)監(jiān)測(cè)每個(gè)單個(gè)蓄電池單元的性能狀態(tài)。總共有72個(gè)單獨(dú)的串聯(lián)連接蓄電池單元。在每個(gè)蓄電池單元正常使用期間約充電至3.5～3.9V，取決于它們的SoC，每個(gè)模塊的電壓約為45V。因此，蓄電池組的電壓約為270V。蓄電池單元保持為6.7Ah，這意味著蓄電池組可存儲(chǔ)1.7kW·h。

圖11 高壓蓄電池

鋰離子蓄電池有許多優(yōu)點(diǎn)，它無(wú)電解液，無(wú)泄漏，可快速充電。放電時(shí)，蓄電池輸出電壓保持不變，直至其達(dá)到SoC約20%，無(wú)充電記憶。但它也有一些缺點(diǎn)，其所處工作環(huán)境的不同，會(huì)產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，因此將蓄電池電源維持在正常的工作參數(shù)內(nèi)。這要求使用各種保護(hù)電路，蓄電池的溫度必須維持在-30～45℃之間，超出這個(gè)參數(shù)范圍，蓄電池性能受損。如果蓄電池單元?dú)堄嚯妷旱陀?V，它將退化。蓄電池不容許過(guò)量充電，并更易于熱失控，可能導(dǎo)致蓄電池燃燒。就最佳充電而言，恒定電壓和電流是首選方法。

蓄電池電量控制模塊(BECM)負(fù)責(zé)保護(hù)和管理蓄電池系統(tǒng)。其一直通過(guò)混合動(dòng)力CAN總線與車輛監(jiān)控控制器保持通信。蓄電池管理功能如下：

(1)監(jiān)測(cè)各蓄電池單元的電壓和溫度；(2)防止各單元過(guò)度充電和過(guò)度放電；

(3)執(zhí)行蓄電池單元平衡；

(4)計(jì)算并將SoC傳輸?shù)交旌蟿?dòng)力CAN總線；

(5)計(jì)算并將可用蓄電池電量傳輸?shù)交旌蟿?dòng)力CAN總線；

(6)為高壓互鎖回路(HVIL)供電并對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4.HVB冷卻

維持溫度在蓄電池容量和蓄電池期望使用壽命方面扮演著重要角色，每個(gè)蓄電池單元裝有一個(gè)溫度傳感器，允許BECM監(jiān)控單個(gè)和總體蓄電池溫度值。當(dāng)混合動(dòng)力系統(tǒng)處于激活狀態(tài)時(shí)，通過(guò)使用專用冷卻回路，蓄電池溫度會(huì)保持在28～32℃的范圍內(nèi)。蓄電池冷卻回路如圖12所示。盡管冷卻回路包含50%水和50%乙二醇的混合物(防凍劑)，其完全獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路。冷卻回路被加注，并通過(guò)除氣水箱進(jìn)行液位檢查，除氣油箱位于右后輪拱內(nèi)襯后方。蓄電池冷卻器與帶有專用恒溫膨脹閥(TXV)的車輛空調(diào)AC系統(tǒng)相連，HVB冷卻恒溫膨脹閥(TXV)如圖13所示，其允許車輛AC系統(tǒng)為蓄電池冷卻液回路提供冷卻效應(yīng)。BECM通過(guò)一個(gè)電動(dòng)泵控制電路中的冷卻液流量。電動(dòng)泵如圖14所示，它有三個(gè)端子，一個(gè)接地、一個(gè)點(diǎn)火電源和一個(gè)控制線路。流量通過(guò)來(lái)自BECM的PWM信號(hào)進(jìn)行控制。冷卻回路示意圖如圖15所示，BECM通過(guò)一個(gè)熱敏電阻監(jiān)控冷卻液的溫度；將冷卻液溫度和蓄電池單元溫度進(jìn)行比較。BECM通過(guò)改變電動(dòng)泵的速度來(lái)調(diào)節(jié)和保持正確的冷卻效應(yīng)，從而控制冷卻液流量。電動(dòng)泵速度根據(jù)PWM信號(hào)的占空比發(fā)生變化。電動(dòng)泵可通過(guò)PWM信號(hào)線提供診斷反饋。注意：冷卻回路故障可能導(dǎo)致混合動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)閉或性能降低。BECM有兩層溫度保護(hù)：

(1)如果蓄電池單元的溫度降至-45℃以下或升高至60℃以上，BECM將發(fā)出故障碼(Cat6)。BECM將等待5s以查看故障是否清除，若沒(méi)有，蓄電池系統(tǒng)將被禁用(接觸器打開(kāi))。

(2)如果溫度低于或高于蓄電池平均溫度30℃，或溫度讀數(shù)變化大于1.2℃/s，將發(fā)出故障碼(Cat3)，系統(tǒng)將繼續(xù)正常運(yùn)行，除非溫度符合Cat6標(biāo)準(zhǔn)。

圖12 高壓蓄電池冷卻回路

圖13 HVB冷卻恒溫膨脹閥(TXV)

圖14 HVB冷卻液電動(dòng)泵

圖15 高壓蓄電池HVB冷卻回路

5.HVB電壓/電量平衡

BECM對(duì)每個(gè)蓄電池進(jìn)行開(kāi)路電壓測(cè)量，以執(zhí)行下列功能：

● 計(jì)算總體SoC；

● 計(jì)算HVB開(kāi)路電壓(OCV)；

● 調(diào)節(jié)蓄電池充電電流；

● 執(zhí)行蓄電池單元平衡。

每個(gè)蓄電池單元包含一個(gè)蓄電池單元監(jiān)控電路(SCS)，其將單個(gè)的蓄電池單元性能數(shù)據(jù)參考傳遞至BECM。蓄電池單元平衡是一種從蓄電池單元獲得最大電量和容量的方法，可使蓄電池充電達(dá)到接近100%SoC，而不產(chǎn)生過(guò)量充電及因此而損壞蓄電池單元的風(fēng)險(xiǎn)。假設(shè)該蓄電池單元包含2個(gè)蓄電池；每個(gè)蓄電池都有一個(gè)3～4V的額定工作范圍。那么，總的蓄電池單元電壓范圍為6～8V(2x3～4V)。當(dāng)完全充滿至8V時(shí)，蓄電池單元將為100%SoC，當(dāng)充至6V時(shí)，蓄電池單元將達(dá)到50%SoC，需要再充電。蓄電池單元充電至100%SoC，直至OCV等于8V。隨著時(shí)間的推移自然老化，每個(gè)蓄電池可能形成稍微不同的充電率。當(dāng)快速充電時(shí)，一個(gè)蓄電池慢慢地升至3.6V，充電器以8V OCV為目標(biāo)，所以繼續(xù)為蓄電池單元充電。另一個(gè)蓄電池正常充電，過(guò)充至4.4V，然后充電器停止。蓄電池OCV總計(jì)8V(3.6+4.4)，但一個(gè)蓄電池被過(guò)量充電，因而存在損壞的風(fēng)險(xiǎn)。解決方法是緩慢地為蓄電池充電，以允許2個(gè)蓄電池再同步，同時(shí)將蓄電池單元恢復(fù)至正常工作狀態(tài)。

為了防止損壞的風(fēng)險(xiǎn)，充電系統(tǒng)將被設(shè)計(jì)成將蓄電池單元充電至較低的SoC，在80%時(shí)，蓄電池單元OCV為7.6V(3.6+4.0)。在充電器停止前，1個(gè)蓄電池將充電至3.6V，另一個(gè)蓄電池將充電至4.0V。蓄電池保持在其公差范圍內(nèi)，從而消除損壞的風(fēng)險(xiǎn)，蓄電池的總?cè)萘勘唤档停驗(yàn)槲覀儾荒艹潆姷浇咏?00%SoC。這對(duì)HEV而言，這可能效率不高，因此系統(tǒng)使用了蓄電池單元平衡系統(tǒng)，其在睡眠狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)期間執(zhí)行。BECM通過(guò)蓄電池單元監(jiān)控電路監(jiān)控單個(gè)蓄電池單元的SoC。BECM在休眠或運(yùn)行狀態(tài)下執(zhí)行電量平衡，復(fù)雜的電子設(shè)備和電池監(jiān)控電路可讓電池電壓實(shí)現(xiàn)平衡(同步)，以平衡單個(gè)的蓄電池單元的SoC。為了提供額外的蓄電池保護(hù)并延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，BECM使蓄電池在40%～70%SoC范圍內(nèi)工作。

6.ENS信號(hào)(緊急通知信號(hào))

BECM通過(guò)硬連線信號(hào)線(引腳13ENS輸入)與約束裝置控制模塊RCM通信。信號(hào)具有三種電位狀態(tài)。

(1)無(wú)事件/正常操作：由10Hz恒定信號(hào)表示，可根據(jù)需要關(guān)閉蓄電池接點(diǎn)。

(2)燃油切斷事件：發(fā)生緊急事件，由介于250～500Hz之間不斷變化的信號(hào)表示，蓄電池接點(diǎn)將立即打開(kāi)。

(3)不健康：BECM未接收到從硬接線連接至約束模塊的有效ENS信號(hào)。如果BECM通過(guò)CAN總線能收到來(lái)自RCM的有效ENS信號(hào)，蓄電池接點(diǎn)可能閉合。但會(huì)有故障已記錄。

7.絕緣測(cè)試

BECM執(zhí)行高壓電路上的兩個(gè)絕緣測(cè)試，以確保不存在接地故障，一個(gè)內(nèi)部測(cè)試和一個(gè)外部測(cè)試。在高壓電路和底盤之間進(jìn)行電阻測(cè)量。

(1)內(nèi)部測(cè)試：在接觸器打開(kāi)時(shí)，該測(cè)試檢查蓄電池內(nèi)的高壓電路與蓄電池殼體之間的隔離。如果未在5s內(nèi)獲得有效結(jié)果，BECM將記錄一個(gè)內(nèi)部隔離故障并防止接觸器關(guān)閉。

(2)外部測(cè)試：在接觸器關(guān)閉后，該測(cè)試檢查整個(gè)高壓電路的隔離，內(nèi)部包括蓄電池外殼和外部包括EPIC及MG。如果發(fā)現(xiàn)故障，BECM將記錄一個(gè)外部隔離故障，但系統(tǒng)將繼續(xù)正常運(yùn)行。注意：如果測(cè)得的外部絕緣低于40 000Ω，BECM將會(huì)記錄一個(gè)故障。短路由內(nèi)置的200A熔斷絲保護(hù)(不可維修)。

8.高壓互鎖回路(HVIL)

BECM使用一個(gè)低壓完整性電路或回路監(jiān)測(cè)，并確保包括高壓和低壓線束連接，均已牢靠連接。如果回路變?yōu)閿嗦坊螂娏鹘抵僚R界值以下，BECM發(fā)出HVIL事件，其屬于CAT7故障。如果在待機(jī)狀態(tài)期間出現(xiàn)這種情況，接觸器保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，如果在預(yù)充電或運(yùn)行狀態(tài)期間出現(xiàn)，接觸器立即打開(kāi)，且高壓系統(tǒng)被禁用。高壓互鎖回路(HVIL)示意圖如圖16所示。HVIL檢查僅在有效的ENS信號(hào)被BECM接收時(shí)才加以執(zhí)行。當(dāng)激活時(shí)，BECM(1)通過(guò)晶體管至HVIL輸出管路應(yīng)用12V電源。HVIL輸出管路通過(guò)低壓(LV)接頭，然后到達(dá)EPIC(2)LV接頭。EPIC包含一個(gè)電流傳感器和一個(gè)150Ω的電阻器，與BECM中所示的類似。電力變頻轉(zhuǎn)換器模塊(EPICM)確認(rèn)和檢查電流并根據(jù)結(jié)果，然后通過(guò)混合動(dòng)力CAN總線向BECM發(fā)出HVIL正常或HVIL不正常的信息。BECM允許這種情況發(fā)生的時(shí)間為350ms。在接收HVIL正常的有效信息后，BECM然后將通過(guò)電流傳感器和電阻器執(zhí)行一項(xiàng)HVIL電路測(cè)試。HVIL回路電流和電阻值在下表中予以驗(yàn)證如表2所示。

表2 HVIL回路電流和電阻值

圖16 高壓互鎖回路(HVIL)示意

9.HVB保養(yǎng)

HVB無(wú)可維修項(xiàng)目，請(qǐng)勿在任何情況下打開(kāi)外殼。如果存在內(nèi)部故障，模塊必須返回到JLR。不得倒置6小時(shí)以上。如果蓄電池HV電纜被拆除，必須使用保護(hù)罩。隨著時(shí)間推移，HVB會(huì)逐漸放電，即使是未連接負(fù)荷時(shí)。這稱為自放電，它是鋰離子蓄電池的正常行為。放電的速率用蓄電池SoC百分比表示。HEV蓄電池會(huì)以每天0.3%的速率自放電。注意：決不允許HVB低于0%SoC。在此種情況下，蓄電池可能過(guò)度放電，且有可能無(wú)法再被充滿。強(qiáng)烈建議客戶在車輛存放的過(guò)程中遵循《車主手冊(cè)》中的程序(SoC將保持在30%左右)。打開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，可觀察儀表盤上的HVBSoC儀表，如圖17所示。如果儀表顯示接近或低于Min(A)，應(yīng)該給HVB充電。啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并提升發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速至約2 000r/min。繼續(xù)保持發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，直至儀表顯示蓄電池充滿電。表針與點(diǎn)C對(duì)齊(65%SoC)。在正常行駛過(guò)程中，蓄電池通常被充電至50%水平左右，最大SoC通常被限制在60%(B)。然而，在某些情況下，蓄電池可能被充電至最大65%(C)，例如，以EV模式行駛或一段時(shí)間驅(qū)車下山時(shí)。在正常行駛過(guò)程中，蓄電池SoC保持在一個(gè)最佳點(diǎn)，以支持車輛的功能，此方法也可以維持蓄電池的狀態(tài)延長(zhǎng)使用壽命。

圖17 高壓蓄電池荷電狀態(tài)表

10.電線電纜

高壓電路是帶等電位連接的IT網(wǎng)絡(luò)，其示意圖如圖18所示。高壓電纜如圖19所示，為了便于識(shí)別，攜帶高電壓的所有混合動(dòng)力系統(tǒng)電纜為橙色。當(dāng)車輛處于啟動(dòng)或激活狀態(tài)時(shí)，應(yīng)注意“請(qǐng)勿觸碰橙色電纜”。

等電位連接如圖20所示，其不用于攜帶電壓或電流，僅作為防止觸電的一項(xiàng)保護(hù)。所有部件都有一個(gè)連接帶，其連接至車輛底盤，通過(guò)底盤有效地連接所有的部件以形成一個(gè)等電位區(qū)域。如果發(fā)生故障，例如發(fā)生接地故障(導(dǎo)體接觸金屬殼體)，連接系統(tǒng)確保所有的部件處于相同的電位(等電位)或電壓，人接觸任何金屬殼體都不會(huì)觸電。MG和eAC為它們的等電位連接使用了發(fā)動(dòng)機(jī)(1)和變速器(2)接地束帶。注意：如果任何等電位連接電纜緊固件當(dāng)作等電位連接維修的一部分被擰松/拆除，必須對(duì)整個(gè)等電位區(qū)域進(jìn)行測(cè)試。

圖18 高壓電路IT網(wǎng)絡(luò)示意圖

圖19 高壓電纜

圖20 等電位連接

(未完待續(xù))