大眾、奧迪48V輕度混動系統及其48V供電網深入解析

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大眾48V輕度混動系統

MHEV 是 Mild Hybrid Electric Vehicle的縮寫,是“輕度混合動力電動車”的意思。這種車上通常多了一個蓄電池和一個小電機。因此,像增強型能量回收以及通過電機來輔助發動機這樣的功能就都能實現了。發動機負責車輛驅動和產生電能,MHEV是無法純電動行駛的。2018款全新奧迪A8L是一種48V的輕度混合動力電動車(MHEV)。多一個48V蓄電池,電機就是起動發電兩用機。

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48V輕度混合動力電動車帶來很多新功能,既提高了效率也提高了駕駛舒適性。這些新功能需要另外的操縱和顯示。在Audi A8上可實現下述功能:

①車速< 22 km/h也可實現自動起停

②起動發電兩用機可輔助發動機來工作

③更強的能量回收功能

④發動機可關閉的智能慣性滑行

⑤通過起動發電兩用機改善了發動機起動舒適性

⑥通過起動發電兩用機改善了發動機關閉時的舒適性

⑦通過起動發電兩用機可讓發動機立即再起動 (改變主意的情形)

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1.自動起停

車速<22 km/h可以由智能起停系統啟動發動機停機功能了,比如在滑行到紅燈處時。駕駛員在組合儀表上可以看到轉速錶指針位於 “READY”位置以及綠色的自動起停符號。

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如果並非所有條件都滿足,那麼自動起停系統不會讓發動機自動關機。比如:發動機可能還在預熱階段,在高速公路上行駛時發動機機油溫度可能過高了,空調系統阻止發動機自動關機等。在這種情況下,車輛停住時發動機會怠速運行,可看到白色的自動起停符號。

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2.智能慣性滑行/發動機關閉功能

搭載48V輕度混動系統的全新A8L車型具有智能慣性滑行/發動機關閉功能。

在特定的有前瞻性的情形時,使用這種慣性滑行模式。只有前瞻功能才會要求使用滑行(發動機工作或者發動機不工作)。普遍適用的是: 駕駛員將腳移離油門踏板,那麼車輛必會進入減速超速狀態,除非前瞻功能(高效輔助、車距調節或者定速巡航裝置)要求使用慣性滑行模式。此功能可以在MMI上的“駕駛員輔助系統/高效輔助系統”這個菜單項下選擇智能慣性滑行功能。

智能慣性滑行/發動機關閉功能應用的條件:

①車速在55km/h~160km/h範圍內

②變速器處於D擋或efficiency模式(高效駕駛模式)

③未踏下加速踏板和制動踏板

④下坡坡度<4%

⑤上坡坡度<3%

⑥橫向加速度<1.5m/s2

如果智能慣性滑行模式已激活且發動機已關閉,可從組合儀表上識別出這個狀態。車速表指針在55km/h~160km/h的範圍內,轉速錶指針在“READY”位置處,綠色自動起停符號亮起。

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如果僅是激活了這個慣性滑行模式而發動機仍在工作著,那麼組合儀表是下面這樣顯示的。車速顯示高於0km/h,轉速錶顯示怠速轉速。

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3.更強的能量回收效率

能量回收是指利用車輛滑行時的動能來給蓄電池充電。由於輕度混合動力電動車有附加蓄電池,因此就比以前的車有更大的能量回收能力。全新奧迪A8L上配備有鋰離子電池和48V起動發電兩用機,使得其能量回收能力高達12kW。“滑行能量回收”在組合儀表上是以50%的顯示出現的。“增強型能量回收”是高效輔助系統要求的,在組合儀表上是以100%的顯示出現的。

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4.起動發電兩用機對車輛部分工況的改善

①改善起動機停止時的抖動:發動機停機時會有抖動現象發生,起動發電兩用機有針對性的對發動機實施制動,可明顯降低發動機停機抖動。

②隨時可以起動發動機:起動機工作時,起動發電兩用機為高電壓起動機,轉矩大起動效果比12V小齒輪起動機更舒適。並且由於起動發電兩用機是通過多楔皮帶與發動機永久相連的,即使發動機沒有完全停下來也是可以再次起動的。比如:自起停裝置已經把發動機關閉了,但發動機併為完全停下來,此時車輛需要加速行駛,只需要踩下加速踏板,啟動發電兩用機便立刻重新起動發動機。

③在部分負荷範圍內提高發動機轉矩或功率:在發動機運轉過程中,起動發電兩用機可當成電機來使用,在某些負荷範圍時可以對發動機起幫助作用,降低了油耗。電機模式可輸出額定功率約6kW,最大轉矩60N.m。

大眾奧迪48V供電網


1.系統組成

奧迪車系48V供電技術在奧迪 SQ7上就已經採用了,但是在SQ7上只是子供電網,帶有12V發電機。這個12V發電機通過變壓器(DC-DC)A7來給48V蓄電池供電,48V蓄電池再給特殊部件供應48V的直流電。隨著48V子供電網的引入,還出現了兩個新的端子名稱:

端子40-48V正極

端子41-48V負極

奧迪A8 (車型 4N)是第一個裝備有48V主供電網的奧迪車型,使用了水冷式皮帶驅動的起動發電兩用機以及一個48V鋰離子蓄電池。這個48V供電網同時也是MHEV(mild hybrid electric vehicle,輕度混合動力電動車)技術的基礎。這款奧迪 (車型 4N) 也經常被稱作48V-MHEV。奧迪A8 48V供電網部件組成如圖1所示。

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圖1-奧迪A8 48V供電網部件組成


48V供電網的主要部件是皮帶驅動的起動發電兩用機和鋰離子蓄電池。這個皮帶驅動的起動發電兩用機在作為發電機用時,功能就是為48V供電網提供電能;如果作為起動機,就是48V供電系統中的用電器了。變壓器(DC-DC)A7就是48V供電網和12V供電網之間的連接部件。

12V供電網中使用鉛酸蓄電池來為所有12V用電器供電,這些用電器包括了全部控制單元以及12V小齒輪式起動機。12V小齒輪式起動機只在冷起動時起動發動機用,在其他時候的起動則由48V皮帶驅動的起動發電兩用機來完成。48V供電網電路組成簡圖如圖2所示。

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圖2-奧迪A8 48V供電網電路組成簡圖

2.起動發電兩用機C29

C29是48V皮帶驅動式起動發電兩用機。當做發電機時,它為48V蓄電池充電並給變壓器(DC-DC)A7輸送48V直流電。該電機既可以做起動機用,還可以作為電動機使用,為發動機提供補充動力。起動發電兩用機C29是水冷式的,配備有一個電動水泵。C29通過子總線(也常被稱作專用CAN總線)來與發動機控制單元進行通訊,通過脈衝寬度調製信號(PWM-信號)來操控起動發電兩用機水泵V621。起動發電兩用機C29外觀和控制原理如圖3所示。

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圖3-起動發電兩用機C29外觀和控制原理


起動發電兩用機是通過多楔皮帶與發動機相連的。起動發電兩用機在發電機模式時是從動部件,在電機模式時則是主動部件,因此對皮帶張緊器的要求高。

3.48V蓄電池(鋰離子電池)A6

奧迪A8上的48V蓄電池安裝在行李廂內中間位置(如圖4所示),它是鋰離子電池,與鉛酸蓄電池相比有優勢:比如能量密度更高,循環穩定性更好。但這種蓄電池有個缺點:要防止蓄電池電子裝置導致蓄電池格深度放電。因為這種深度放電會導致蓄電池格短路和蓄電池損壞。

機械損壞也會導致內部短路,潮氣進入也會產生化學反應,因此要防止蓄電池殼體損壞。由於殼體是塑料制的,因此蓄電池在車上是安裝在保護罩內,這個保護罩是金屬製成的,用夾板固定在車的低板上。

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圖4-48V蓄電池安裝位置


48V蓄電池由控制單元、13個鋰離子電池格、繼電器、保險絲和冷卻風扇等組成。48V蓄電池內的控制單元會測量各個電池格的電壓和溫度,並把這些數據傳送給數據總線診斷接口J533。如果蓄電池溫度超過了28℃,那麼該控制單元會接通內部的冷卻風扇。48V蓄電池內部結構如圖5所示。

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圖5-48V蓄電池內部結構圖


48V蓄電池控制單元上連接有安全氣囊控制單元J234的信號線。在安全氣囊被觸發的情況下,48V蓄電池中的繼電器會斷開,斷開48V供電網的供電輸出。

發動機運轉時,直接由起動發電兩用機給48V蓄電池充電。在使用外部的12V充電器進行充電時,48V蓄電池通過變壓器(DC-DC)A7充電。充電器不可直接連接到48V蓄電池上。

4.變壓器(DC-DC)A7

變壓器(DC-DC)A7是雙線變壓器,一方面發電機發出的48V電壓可以轉換為12V電壓來給12V蓄電池充電。在滿足特定前提條件時,可將12V轉換成48V電壓,比如說把外部充電器經跨接起動點接到車輛上。變壓器(DC-DC)A7安裝在行李廂右後裝飾板的後面,在12V蓄電池的上方,移開蓋板可以看到。變壓器(DC-DC)A7安裝位置如圖6所示,變壓器(DC-DC)A7組成和外部接口如圖7所示。

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圖6-變壓器(DC-DC)A7安裝位置


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圖7-變壓器(DC-DC)A7組成和外部接口


變壓器(DC-DC)A7上端子40的導線連接插接器以及端子41和端子30螺紋銷都有護蓋保護。先脫開並掀開護蓋,才能接觸到這些連接。10針插接器可防止護蓋脫開(移動),只有先拔下變壓器(DC-DC)A7上的插接器,護蓋才會脫開。隨後就可以掀開護蓋並接觸到這些連接了。

在維修48V供電網前需要先斷開48V供電輸出。系統中沒有類似維修開關類的裝置。只能通過車輛診斷儀“故障導航”——“診斷斷電”程序斷開48V供電。在完成檢修工作後,同樣需藉助車輛診斷儀中“故障導航”裡的檢查程序來讓48V系統再次進入工作狀態。


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