别克英朗车48V轻混系统详解

  安装48V轻混系统的别克英朗车,取消了传统的发电机,在传统车型发电机的安装位置处,发动机横置(图2),在发动机的右前方,如图2(b)中箭头所示,安装了BSG电机,曲轴通过一根专用皮带(美国盖茨生产)连接BSG电机并且采用专用的涨紧装置如图2(c)所示。

  BSG电机为高性能、紧凑型三相永磁同步电机,主要由定子、转子、皮带轮、端盖等组成并集成了旋转变压器及温度传感器。BSG电机主要参数:重量9.5kg、峰值驱动功率8kW、峰值发电功率为10kW、最高运行转速大于15000r/min、系统峰值效率大于83%。

  电机控制器集成在BSG电机后部(不允许分解维修),电机控制器主要由逆变电路板、温度传感器及控制模块等组成,其主要作用是用于对电机的矢量控制。电机控制器具有DC/AC(直流/交流)相互转换、变频、变流等功能,以实现电机驱动或电机发电功能的控制。

  BSG电机在不同的工况下,具有如下功能:启动发动机,在发动机自动启停后,再次启动时,BSG电机作为启动机快速启动发动机;48V发电,发动机驱动BSG电机发电经整流后输出48V直流电;回收能量,当车辆滑行或制动时,BSG电机作为发电机发电,实现再生制动、能量回馈;辅助驱动,在急加速等工况下,BSG电机作为驱动电机辅助发动机驱动,实现发动机及电机混合驱动;在发动机减速断油时,可以提供平滑扭矩。

  别克英朗48V轻混车的动力电池采用了磷酸铁锂电池,安装在右前座椅的下方,其四周均用金属板材进行了保护和定位,确保安全。动力电池组由14个方形电芯组成,外部采用金属外壳进行封闭,采用自然风冷,箱体侧面还设计有散热格栅。48V动力电池组的主要参数:外形尺寸310*180*92mm、总重量10kg、冷却方式为自然冷却、电芯的额定电压为3.3V、电芯的额定容量为6Ah、动力电池组的总电压为46.2V、可用能量105Wh(图3)。

  48V动力电池组用于储存、释放48V直流电能,其主要作用为:接收、储存BSG电机产生的48V直流电;向BSG电机输出48V直流电,经过电机控制器转换为交流三相电,实现启动发动机或辅助发动机驱动车辆行驶;向14V辅助电源模块提供48V直流电。

  电池管理系统模块BMS位于动力电池组的前部,其内部集成了用于检测温度、电流、电压的传感器及电路板、熔丝,并且还设计有一个位于48V回路中的接触器(图3),若接触器处于断开状态,动力电池组将无法向外供电或接受外部电能。根据不同的工况,BMS对接触器进行控制,接通或断开内部48V电路,实现主动充电或放电控制。BMS通过CAN总线将动力电池组的电压、电流、温度、剩余电量SOC等参数提供给其他控制单元。

  BMS利用内部电路板上的平衡电路,按照控制逻辑,可以实现将电压高的电池向电压低的电池放电,以达到电池组内各电芯电量平衡。执行电量平衡需满足如下所有条件:最高与最低电芯之间电压差超过阈值、最高电芯电压在3.27至3.35V之间、内部接触器已断开、电流小于100mA等。

  辅助电源模块APM,有时也简称为DC/DC模块。别克英朗车14V辅助电源模块位于发动机舱的右前部,右前大灯的正下方,通过4个螺栓直接固定在前梁上。14V辅助电源模块是一个整体部件,主要由壳体、集成电路、散热体及输入输出连接及通风装置等组成。14V辅助电源模块采用自然风冷,基于散热考虑需要,采用铝合金外壳,外壳的侧面及端面还设计有散热栅格(图4)。

  别克英朗48V轻混车的14V辅助电源模块主要参数:输入电压48V、输出电压14V、最大输出电流130A、最大输出功率1.8kW。

  14V辅助电源模块是一个直流电源转换装置,其主要作用是:将动力电池组48V的直流电降压至12V直流电;向12V车身电器系统供电及给12V蓄电池充电;参与控制扭矩管理及动力电池组接触器动作控制。

  14V辅助电源模块通过CAN总线与发动机控制模块ECM、混合动力控制控制单元HCU、电机控制器、电池管理系统模块BMS及自动变速器电控单元等连接。14V辅助电源模块根据发动机、48V动力电池组及12V蓄电池等的状态,根据控制逻辑智能控制14V直流电的输出。车辆行驶中,发动机减速断油时,14V辅助电源模块也可以稳定输出14V电压,以供车身电气系统可靠使用。

  安装了48V轻混系统的别克英朗车,在不同的工况下,可以实现快速启动、电机助力、智能充电、制动能量回收、电动怠速及智能停机等5种运行模式(图5)。

  车辆行驶发动机启停后,发动机再次启动是通过48V的BSG电机来实现快速启动的。安装48V轻混系统的别克英朗车,仍保留了12V系统的传统启动机。发动机冷启动(非启停启动)时,与传统车型相同,用启动机启动发动机。

  在48V动力电池组剩余电量超过阈值(如30%)时,在混合动力控制单元指令下按照控制逻辑,BSG电机辅助发动机驱动车辆行驶,实现发动机、BSG电机混合动力驱动,BSG电机最大助力力矩可达20N·m。别克英朗车48V轻混系统,不能单独使用BSG电机纯电驱动车辆行驶。

  车辆行驶中,混合动力控制单元综合考虑48V动力电池组的剩余电量SOC和发动机工况等因素,若满足设定的条件,则发动机驱动BSG电机发电,对动力电池组进行智能充电

  车辆行驶中滑行或制动减速时,混合动力控制单元通过电机控制器控制BSG发电并向锂动力电池组充电,实现能量回收。

  车辆行驶发动机减速断油时,若48V动力电池组剩余电量充足,BSG电机输出转矩维持发动机电动怠速运转,从而延长发动机减速断油时间,进一步减低油耗。同时电动怠速也解决了启停模式下车辆空调系统的能源提供问题。

  车辆行驶中,若发动机处于减速断油且车速接近零时,BSG电机对发动机实施制动,协助发动机停机,降低“熄火抖动现象”。

  与以往常规车型相比较,安装48V轻混系统的别克英朗车,在不同工况下,可以采用上述6种运行模式,因此,其动力性、经济性均得到一定程度的提高且CO2排放量显著减少。

  安装48V的轻混系统的别克英朗车,滑行或制动时,发动机减速断油,因此,燃油经济性提高的同时,CO2排放量会显著减少。厂家提供的百公里油耗数据为5.3L,对比老款车型大约有9%的下降。

  车辆加速行驶时,BSG电机作为驱动电机辅助发动机驱动车辆行驶,BSG电机最大辅助驱动转矩为20N·m、最大驱动功率为8kW,对比老款车型,在降低油耗的同时,车辆的动力响应性也有所提高。

  车辆行驶,发动机自动启停后,再次启动时,48V的BSG电机作为启动机快速启动发动机,与常规的12V启动系统比较,启动迅速且抖动更小。

  与常见的丰田混联式混合动力THS系统(以行星排作为发动机、电机1、电机2的动力耦合装置)、本田智能多模式驱动i-MMD系统(串联式但发动机可以单独驱动车辆行驶)等高压混合动力系统比较,48V轻混系统增加成本更低。

  在满足法规对油耗、排放等日益严格要求下,对于搭载小排量发动机的车型而言,48V轻混无疑是性价很高的有效过渡解决方案,能在较少改变车辆动力系统的同时,实现动力性能与经济性的双重提升。

  双喷射涡轮增压1.3T发动机+48V轻混系统,已安装在通用车系的别克英朗、GL6、威朗及雪佛兰科鲁泽等多款车上。

  另外,豪华品牌如全新路虎极光、奔驰S和C级、奥迪A8L及A6L以及国产品牌中的吉利博越及缤越、长安CS55等车型都均有48V轻混车型投放市场。

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