2017款本田思鉑?；旌蟿?dòng)力車(chē)電力電子系統(tǒng)介紹(上)

◆文/陜西 李偉

一、2017款本田思鉑睿混合動(dòng)力車(chē)主要部件安裝位置

本田混合動(dòng)力汽車(chē)主要部件位置如圖1、圖2所示。

二、電子動(dòng)力系統(tǒng)說(shuō)明

本田運(yùn)動(dòng)混合i-MMD系統(tǒng)是一個(gè)由汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和兩個(gè)電機(jī)并聯(lián)的混合動(dòng)力系統(tǒng)。

除了發(fā)動(dòng)機(jī)，它的主要成分是在變速器e-CVT中的兩個(gè)高壓電機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的電源控制單元PCU，在行李箱下部的高壓蓄電池和PCU和高壓蓄電池之間的高壓電機(jī)電源變頻器電纜。該系統(tǒng)根據(jù)駕駛條件或手動(dòng)操作EV開(kāi)關(guān)切換驅(qū)動(dòng)力，并利用最佳可用功率驅(qū)動(dòng)。

1.控制

在EV驅(qū)動(dòng)模式和混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式下，電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)工作，控制系統(tǒng)如圖3所示。

當(dāng)選擇EV驅(qū)動(dòng)模式時(shí)，PCU將電源從高壓蓄電池傳遞到位于變速器e-CVT內(nèi)的牽引電機(jī)，由牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛。

發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。根據(jù)當(dāng)前行駛情況，將生成的電能供給至牽引電機(jī)和高壓蓄電池充電。通過(guò)電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)行駛時(shí)，高壓蓄電池根據(jù)行駛情況而充電。充電時(shí)，逆變器將從變速器e-CVT中的高壓電機(jī)中產(chǎn)生的電能發(fā)送給高壓蓄電池。

2.EV開(kāi)關(guān)

車(chē)輛條件允許使用EV駕駛模式時(shí)，EV開(kāi)關(guān)使駕駛員選擇EV駕駛模式。

圖1 主要部件位置一

圖2 主要部件位置二

圖3 電動(dòng)動(dòng)力控制系統(tǒng)

當(dāng)按下EV開(kāi)關(guān)時(shí)，PCM確定當(dāng)前車(chē)輛狀態(tài)是否能夠在EV駕駛模式下運(yùn)行。

如果EV駕駛模式可用，駕駛模式將切換至EV駕駛模式，并在儀表控制單元上的EV模式指示燈點(diǎn)亮。

如果不可能采用EV駕駛模式，則車(chē)輛處于當(dāng)前混合驅(qū)動(dòng)模式，其原因顯示在儀表控制單元中。

3.網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)使用兩條CAN通信線路：EPP-CAN和F-CAN，如圖4所示。

(1)EPP-CAN：電機(jī)控制單元、蓄電池狀態(tài)監(jiān)視器單元、PCM。

(2)F-CAN：電機(jī)控制單元、蓄電池狀態(tài)監(jiān)視器單元、PCM、電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)、DC-DC轉(zhuǎn)換器、VSA調(diào)制器-控制器單元、電子伺服制動(dòng)控制單元、SRS單元、儀表控制單元。

圖4 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

三、電子動(dòng)力系統(tǒng)說(shuō)明——驅(qū)動(dòng)模式

電子動(dòng)力系統(tǒng)主要有以下幾種駕駛方式：EV駕駛模式、HV駕駛模式和發(fā)動(dòng)機(jī)駕駛模式，如圖5所示。

可用的駕駛模式取決于車(chē)輛的當(dāng)前狀況，由PCM確定和選擇。EV駕駛模式可由駕駛員手動(dòng)選擇，可根據(jù)當(dāng)前車(chē)輛狀況進(jìn)行選擇。當(dāng)車(chē)輛低速行駛，再生制動(dòng)期間，電子動(dòng)力系統(tǒng)在EV駕駛模式下運(yùn)行。在高負(fù)荷條件下，如加速，系統(tǒng)切換到使用電子電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的HV駕駛模式。在高速情況下，系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)駕駛模式，使用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。

圖5 幾種車(chē)輛運(yùn)行模式

1.EV驅(qū)動(dòng)模式

當(dāng)選擇EV駕駛模式時(shí)，車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)推進(jìn)和再生制動(dòng)僅由牽引電機(jī)執(zhí)行。EV駕駛模式運(yùn)行在特定的車(chē)速范圍和低負(fù)荷條件下模式示意如圖6所示。EV模式最大車(chē)速為130km/h(81mile/h)，根據(jù)蓄電池電荷狀態(tài)而定。

圖6 EV模式示意圖

(1)EV怠速停止模式

在EV怠速停止模式下，牽引電機(jī)、發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)都停止工作。此時(shí)，高壓蓄電池為車(chē)輛的各裝置提供電源，如圖7所示。

圖7 EV模式——EV怠速停機(jī)

圖8 EV驅(qū)動(dòng)模式

(2)EV驅(qū)動(dòng)模式

在EV驅(qū)動(dòng)模式下，牽引電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，如圖8所示。發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)不工作。此時(shí)，高壓蓄電池為牽引電機(jī)提供能量。

(3)再生模式

減速期間使用再生充電模式，如圖9所示。發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，牽引電機(jī)發(fā)電，向高壓蓄電池提供電能。

圖9 再生模式

(4)HV驅(qū)動(dòng)模式

加速期間以HV驅(qū)動(dòng)模式行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)激活發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能對(duì)車(chē)輛供電如圖10所示。產(chǎn)生的電能用于激活牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。視蓄電池的充電狀態(tài)和牽引電機(jī)的負(fù)載條件而定，行駛期間高壓蓄電池充電。

圖10 HV驅(qū)動(dòng)模式

(5)ECVT充電模式

在適合充電的車(chē)速范圍使用ECVT充電模式，其激活范圍因高壓蓄電池荷電狀態(tài)而異。

在ECVT充電模式期間，發(fā)動(dòng)機(jī)使發(fā)電機(jī)通電，將電能發(fā)送到高壓蓄電池，如圖11所示。

牽引電機(jī)使用來(lái)自發(fā)電機(jī)的電能向驅(qū)動(dòng)輪提供驅(qū)動(dòng)力。發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)駕駛條件被主動(dòng)控制，在最佳轉(zhuǎn)速范圍工作。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能多于牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛所需的電能。產(chǎn)生的牽引電機(jī)不使用的電能用于對(duì)高壓蓄電池充電。

圖11 ECVT充電模式

(6)ECVT輔助模式

主要在加速期間使用ECVT輔助模式，其激活范圍因高壓蓄電池荷電狀態(tài)而異。ECVT輔助模式期間的驅(qū)動(dòng)力類(lèi)似于ECVT驅(qū)動(dòng)模式的驅(qū)動(dòng)力。發(fā)動(dòng)機(jī)使發(fā)電機(jī)通電，牽引電機(jī)向驅(qū)動(dòng)輪提供驅(qū)動(dòng)力。

ECVT輔助模式期間，牽引電機(jī)向驅(qū)動(dòng)輪發(fā)送大量扭矩，因此比其他模式需要更多的電能如圖12所示。發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳轉(zhuǎn)速范圍激活發(fā)電機(jī)，且牽引電機(jī)直接使用可用電能。如果發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能不足以滿足牽引電機(jī)的需要，將從高壓蓄電池提供額外的電能。

(7)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式一

發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式僅在高速低負(fù)荷情形下使用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，如

圖12 ECVT輔助模式

圖13所示。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式主要用于高速巡航期間。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式的工作范圍因高壓蓄電池的電荷狀態(tài)、驅(qū)動(dòng)力條件和車(chē)輛當(dāng)前速度而異。

圖13 發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式一

(8)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式二

發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式期間，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出供給至驅(qū)動(dòng)輪和牽引電機(jī)，如圖14所示。這樣使車(chē)輛由發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)，而高壓蓄電池通過(guò)牽引電機(jī)產(chǎn)生的電能充電。發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式期間，發(fā)電機(jī)不工作。

圖14 發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式二

四、電機(jī)控制系統(tǒng)說(shuō)明

電機(jī)控制系統(tǒng)包括牽引電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)電機(jī)、擋位單元和變速器e-CVT中的相電流傳感器，電源控制單元中的電機(jī)控制單元控制高壓電機(jī)，冷卻PCU內(nèi)部的冷卻系統(tǒng)，變頻器將電機(jī)的電壓轉(zhuǎn)換為合適的電壓，直接連接器銷(xiāo)連接高壓電機(jī)至PCU。

1.控制

圖17 牽引電機(jī)/發(fā)電機(jī)

圖18 發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)工作

圖19電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式

牽引電機(jī)位于變速器內(nèi)。它產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，并為高壓蓄電池發(fā)電。發(fā)電機(jī)位于變速器內(nèi)。它為高壓蓄電池充電，并為發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)發(fā)電。電機(jī)控制單元從以下單元/傳感器接收各種信息并控制牽引電機(jī)和發(fā)電機(jī)，如圖15所地示。此外，此電機(jī)控制單元進(jìn)行協(xié)調(diào)，使來(lái)自牽引電機(jī)和發(fā)電機(jī)的電壓符合高壓蓄電池的電壓。

圖15 電機(jī)控制系統(tǒng)

2.電源控制單元PCU

變頻器和電機(jī)控制單元位于電源控制單元PCU，如圖16所示。它包含一個(gè)由專(zhuān)用散熱器、電子電機(jī)控制單元冷卻泵和散熱片組成的冷卻系統(tǒng)。這種冷卻系統(tǒng)可使PCU內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)。

電機(jī)控制單元位于電源控制單元PCU內(nèi)部，控制牽引電機(jī)和發(fā)電機(jī)的電機(jī)，并與PCM通信協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的操作。電機(jī)控制單元包含一個(gè)可重寫(xiě)的ROM，使用更新工具啟用最近的程序更新。

圖16 動(dòng)力控制單元PCU)

3.牽引電機(jī)/發(fā)電機(jī)

牽引電機(jī)位于變速器內(nèi)。可產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力并為高壓蓄電池提供動(dòng)力。發(fā)電機(jī)同樣位于變速器內(nèi)?？蔀楦邏盒铍姵爻潆姴榘l(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)提供動(dòng)力，如圖17所示。各電機(jī)重量輕、緊湊且是高效三相同步電機(jī)。與變速器的齒輪單元e-CVT定位在一起。該電機(jī)由固定在殼體的三線圈定子和外圓有永磁鐵的轉(zhuǎn)子組成。電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器位于變速器內(nèi)e-CVT。可檢測(cè)壓配合電機(jī)轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)子，以確定轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置(相位)。定子線圈采用分布式繞組，以減少振動(dòng)，并在高速運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩。

(1)E-CVT(電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī))-作動(dòng)-超越離合器

超越離合器能改變發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力流向，從而實(shí)現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)車(chē)輛或者驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)之間轉(zhuǎn)換。圖18顯示的是當(dāng)超越離合器不作動(dòng)時(shí)，只有發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)工作。

(2)E-CVT(電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī))-作動(dòng)-電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式

圖19顯示當(dāng)只有電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的情況下的動(dòng)力流向：電機(jī)軸→副軸→終主動(dòng)齒輪→終從動(dòng)齒輪。

(3)E-CVT(電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī))-作動(dòng)-混合驅(qū)動(dòng)模式

圖20 混合驅(qū)動(dòng)模式

圖21 發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式

圖20顯示的是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)一起作動(dòng)時(shí)的動(dòng)力流向。

(4)E-CVT(電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī))-作動(dòng)-發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式

圖21顯示僅發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下的動(dòng)力流向：發(fā)動(dòng)機(jī)→飛輪→輸入軸→超越離合器→離合器齒輪→副軸→終主動(dòng)齒輪→終從動(dòng)齒輪。