2021款路虎发现运动插电式混合动力系统技术亮点(一)

◆文/北京 杨宝利

一、PTA平台概述

1. PTA平台与规格参数概述

2021款路虎新极光/发现运动采用同一平台，即高级横置架构(PTA) 平台，引入Mild Hybrid Electric Vehicle (轻度混合动力系统MHEV) 和PHEV(插电式混合动力系统)技术。本刊已介绍过2019-2020款路虎极光MHEV技术。本文以2021款路虎发现运动(Discovery Sport)为例，介绍PTA平台PHEV混合动力系统。

P TA平台P H E V车型相关部件如图1所示，内燃机为Ingenium I3(英杰力3缸)1.5L200PS(PS,马力1PS=735.499W)汽油发动机，发动机动力负责前轮驱动。后轮采用85kw电机来驱动车辆。系统控制电机和发动机的协调运行，因此能够改善车辆的性能和潜在的燃油经济性。混合动力系统能够仅使用电机持续行驶，在高达50km的里程内不会产生任何废气排放。该电机由一个11.3kW/hHV蓄电池进行供电。PTA PHEV搭配八速AW8G30自动变速器。电动后驱(eRAD)单元为后轮提供驱动力，还能通过制动再生电力。在需要时，前轮和后轮同时提供驱动力实现All Wheel Drive(全轮驱动AWD)功能。规格参数见表1。

图1 PHEV系统部件

表1 规格参数

2.操作模式

PTA PHEV车辆采用三种驾驶模式工作：

(1)混合动力模式：在混合动力模式下，车辆控制系统会自动确定何时使用发动机以及何时使用蓄电池电量。这样可确保混合动力系统的最佳运行。在此模式下，将自动进行内燃机(ICE)和电动后驱(eRAD)的切换。驾驶员可以操控和中止混合动力模式的自动运行以满足自己的偏好。

(2)EV模式：在EV模式下，车辆将尽量仅使用eRAD。需要时，发动机将会启动，以支持较高的驾驶需求，例如，用力踩下加速器踏板时。

(3)节电(SAVE)模式：客户可以在驾驶期间保持蓄电池电量。在EV菜单激活节能模式时，蓄电池电量将保持在激活时的水平，同时混合动力驾驶模式启动。电量会有较小的波动。注意：在节能模式下的车辆，将会和混合动力模式下蓄电池电量耗尽时状态相同。

3.充电

车辆随附一根家用充电电缆(模式2基本型)。在不使用时，应当将家用充电电缆安全地存放在行李箱。只有在公共充电电缆(模式3)和充电站不可用时，才可以使用家用充电电缆。只要有可能，就应该使用能够连接至充电站的公共充电电缆。车辆支持交流(AC)和直流(DC)快速充电。充电端口位于左后面板内，与位于车辆另一侧的燃油加注口盖成对应。在车辆解锁的情况下，按下格栅的右上角即可使用充电端口。打开盖之后将其移到一旁，即可使用充电端口。

二、PHEV低压电源配电

1.PHEV低压电源配电

PHEV低压(12V)电源配电示意图如图2所示。启动蓄电池和辅助蓄电池通过配电盒(PSDB)为蓄电池接线盒(BJB)供电。BJB再为以下接线盒供电：①辅助接线盒(AJB)；②乘客接线盒(PJB)；③发动机接线盒(EJB)；④后接线盒(RJB)。

图2 PHEV低压(12V)电源配电

直流/直流转换器(DC/DC)取代了发电机，为两个12V蓄电池充电。DC/DC整流器包含在高压接线盒(HVJB)中。通过使用双蓄电池系统，可以在电源模式7(执行拖转起动时)，将拖转起动设备(启动机电机和BISG)与车辆的其它电气负载隔离开来。只要车辆控制器(VSC，集成在PCM中)提出请求(通常是在行驶中需要12V系统执行拖转起动之前)，将会打开SW1，使主蓄电池脱离电路与负载分隔开来。如果PSDB的任一侧发生故障，PSDB将会打开SW2并将电路彼此隔离。PSDB的任一侧有一个“驻车”模块,无故障一侧的蓄电池将会提供电源，以将车辆锁定在静止状态。

(1)当发动机正在工作时，PSDB中的两个开关均关闭。DC/DC为这两个蓄电池充电并为所有负载供电。

(2)在点火开关打开的情况下或处于EV模式时，PSDB开关1打开。DC/DC为辅助蓄电池和所有电气负载供电。启动蓄电池和启动机系统负载与之隔离。这可确保在发动机启动时，供应至电气负载的12V电源不会受到影响。另外，如果启动蓄电池电压低于8V，则还会打开开关1。

(3)如果至主电源网络的连接发生中断(启动蓄电池电压低于8V)，则PSDB开关2将会打开。蓄电池2向备用负载(eRAD逆变器和驻车锁执行器)供电，EV模式被禁用。

(4)在车辆刚开始进入电源模式0(车辆锁定)时，所有电力均由启动蓄电池和辅助蓄电池提供。DC/DC不会为任何12V电气负载供电。当网络进入休眠模式时，PSDB开关2将默认处于打开状态。在这种状态下，只有启动蓄电池为电气负载供电。

2.12V电源断电

警告：可能在某些情况下，当所有12V蓄电池均断开时，DC/DC可以为12V电路供电。因此，对于任何需要断开12V系统的作业，都需要停用DC/DC。这包括：

①操作安全气囊系统或在其周围工作；

②拆下存在对车身/底盘短路风险的任何带电电缆(例如，在拆下启动机电机或BISG时)。

在断开12V蓄电池之前，请务必参考TOPIx中的认可步骤，并使用认可的JLR诊断设备上的12V电源断电应用程序以停用DC/DC。该应用程序可在诊断设备上的“维修功能”部分中找到。在完成该应用程序并断开蓄电池后，使用数字电压表在跨接启动端子处测量并检查确认12V系统的电压为0V。

完成所有的工作后，首先连接辅助蓄电池，然后连接启动蓄电池并打开点火开关。这将激活DC/DC。如果未按正确顺序连接蓄电池，PSDB的诊断例行程序将失败，因而所有12V负载将被禁用，EV模式将不可用。需要完成一次完整的睡眠/唤醒周期，以清除PSDB中的错误。

三、PHEV高压(HV)部件

1.概述

PHEV高压(HV)部件如图3所示。HV部件拓扑如图4所示。HV系统具有以下组件：

图3 PHEV高压(HV)部件

图4 HV部件拓扑图

①皮带集成式启动机发电机(BISG)；②电动空调(eAC)压缩机；③高压接线盒(HVJB)；

④高压(HV)冷却液加热器；⑤BISG逆变器；⑥HV蓄电池；⑦充电端口；⑧电动后驱动器eRAD。

HV冷却液加热器和HV空调泵是各车系都使用的部件。其他部件是此平台专有的。下面分别介绍各部件的作用及工作原理。

2.车辆监控控制器

车辆监控控制器(VSC)是混合动力系统的管理器，集成在动力系统控制模块(PCM)中。VSC负责控制以下事项：

①混合动力部件的通电/断电；

②HV蓄电池荷电状态的管理；

③HV蓄电池加热和冷却策略的管理；

④动力传动系统总扭矩/功率需求的确定；

⑤发动机和eRAD之间所需的推进扭矩最佳分配的确定；

⑥PHEV操作模式的确定；

⑦驱动模式转换的管理；

⑧与变速器控制模块(TCM)共同控制变速器离合器组件，以最大程度降低传动系统牵引和分流。

⑨任何混合动力系统故障的管理。

3.HV蓄电池

HV蓄电池如图5所示，内部电路示意图如图6所示。HV蓄电池规格为11.3kW/h/105千瓦电力，HV蓄电池和电缆可为车辆提供DC HV电源。HV蓄电池通过蓄电池充电控制模块(BCCM)为其充电，或在发生再生制动时由eRAD供应的电能。该蓄电池的额定电压为300V。蓄电池电量控制模块(BECM)是HV蓄电池的一个组成部分。BECM控制单个电池单元的电压、内部温度、预充电接触器和HV接触器。可用荷电状态范围为蓄电池100%实际荷电状态的2%0～95%。

图5 HV蓄电池

图6 HV蓄电池内部电路示意图

4.HV接触器

当点火开关首次打开时，预充电接触器关闭，之后主正极接触器关闭以使HV电路通过电阻形成回路。如果这一步操作成功，在监测测试之后，主负极接触器则会关闭，以使HV电路通过全部电压。当主负极接触器关闭时，预充电接触器打开。HV接触器操作序列是：①预充电接触器关闭；②主正极接触器关闭；③系统自检完成；④主负极接触器关闭；⑤预充电接触器打开。

这一操作用于防止突发的初始电涌，以免主接触器端子间产生电弧。同时也会进行绝缘监测，只要主接触器关闭，即可测试所有受到监测的HV电路的绝缘完好性。当主接触器打开时，则仅可监测HV蓄电池的HV电路。为了在主接触器打开时继续监测HV电路，会启动预充电接触器序列，以便对电路施加电压。电压施加大约10ms，期间执行内部测量。在主接触器打开时，这一测量会连续重复。每11天，BECM就会对HV蓄电池中的所有电池单元执行一次电池单元平衡操作。电池平衡操作会将所有蓄电池单元的电压降至各单元的最低电压水平。经过多次电池单元平衡操作后，HV蓄电池的荷电状态会降低。为了避免降低HV蓄电池荷电状态，建议在长时间不使用车辆时，应当通过车载充电器将车辆连接至外部电源，或者每30天至少连接一次外部电源。

5.蓄电池电量控制模块

蓄电池电量控制模块(BECM)是HV蓄电池的一个组成部分。BECM控制单个电池单元的电压、内部温度和HV继电器(接触器)。BECM通过高速(HS)CAN电源模式0系统总线与HV系统和其他车辆系统进行通信。该控制模块直接控制：①HV蓄电池泵；②HV蓄电池加热器；③与A/C系统相连的由HVAC控制模块控制的HV蓄电池冷却器；④HV蓄电池隔离阀；⑤HV接触器。

BECM控制由HV蓄电池输送或提供的HV能量。如果HV蓄电池内部温度超出正常工作温度范围，则BECM将会限制所输送或供应的能量。BECM还会控制HV蓄电池的温度。在车辆行驶时，HV蓄电池温度控制将会工作。在通过充电端口将BCCM连接至外部电源时，HV蓄电池温度控制也会工作。

6.高压互锁回路

HV互锁回路(HVIL)是一个安全系统，用于防止HV电缆在出于任何原因断开时带电。HVIL监测HV接头与其对应的部件之间的完好性。HVIL由BECM进行监测，并且会将与之相关的DTC设置在该模块中。每个HVIL电路都由一个12V10mA电源和一个电流感应电阻器组成。BECM监测流过电阻器的电流，以检测是否存在断路、对地短路或对12V电源短路。HVIL电路电缆并不沿着HV电缆的长度布设，每个HV接头中都有一个回路连接，这就使得电路回路变得完整。HVIL电路的起点和终点都在BECM处，图7所示为该电路经过的HV部件。拆下任何HV部件上的HV电缆后，HV互锁回路电路将会断开，BECM将会断开HV电路。BECM会将HV蓄电池内的2个继电器断电，从而以电气方式断开HV蓄电池。

图7 高压互锁回路

如果在车辆静止不动时检测到HVIL故障，则HV接触器将被打开，HV电路将被放电。如果在驾驶员尝试起步时检测到HVIL故障，则HV蓄电池HV接触器将被关闭，车辆可以行驶。这是因为驾驶员坐在车内，接触到裸露的HV电路的风险极小。在HVIL中识别为断路的HV部件将不工作，尽管只要HV连接存在，功能就不会被削弱，但是将会设置DTC。如果在车辆行驶时出现故障，则车辆将会继续行驶，直至车辆停止，然后根据故障的位置，将会出现安全响应。这将导致功能下降，具体取决于发生故障的位置处的部件。如果在充电时发生HVIL故障，则充电将被停止。作为HVIL测试功能的组成部分，HVIL电路将会受到持续监测。

7.维修开关

维修开关(MSD)是一个高压维修断开装置，MSD位于盖板下方的HV蓄电池下侧，如图8所示。

图8 维修开关(MSD)

MSD用于断开H V蓄电池内的电路。MSD具有一个锁杆，必须先移动该锁杆才可拆下MSD。MSD含有一个250A保险丝，用于HV电源供应。当拆下MSD时，正极HV供电电路在HV接触器之前将发生断路。这意味着，将无法在HV蓄电池接线柱上测到任何电压。在中国市场的车辆上，蓄电池MSD则位于蓄电池前面。