奧迪輕度混合動力車（MHEV）技術(shù)解析

南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 甘秀芹

奧迪輕度混合動力車（MHEV，mild hybrid electric vehicle）分為48 V MHEV和12 V MHEV，其中48 V MHEV匹配6缸或8缸發(fā)動機，12 V MHEV匹配4缸發(fā)動機。如圖1所示，與一般的奧迪車型相比，12 V MHEV多了12 V鋰電池和12 V起動發(fā)電兩用機，48 V MHEV多了48 V鋰電池、48 V起動發(fā)電兩用機和DC/DC（直流/直流）轉(zhuǎn)換器。起動發(fā)電兩用機通過多楔傳動帶與發(fā)動機連接，使得智能起停功能在車速＜22 km/h時便可開始工作，且能夠改善發(fā)動機起動、熄火時的舒適性。在起步階段，起動發(fā)電兩用機能夠為發(fā)動機提供助力（最大轉(zhuǎn)矩為60 N·m），在滑行階段具有能量回收功能，這樣提高了車輛的燃油經(jīng)濟性。

下面筆者以全新奧迪A8車（車型代號D5）為例，介紹48 V MHEV的相關(guān)技術(shù)；以全新奧迪A6L車（車型代號C8）為例，介紹12 V MHEV的相關(guān)技術(shù)。

1 48 V MHEV

如圖2所示，全新奧迪A8車的48 V系統(tǒng)主要由48 V鋰電池、48 V起動發(fā)電兩用機及DC/DC轉(zhuǎn)換器等部件組成。48 V系統(tǒng)的電網(wǎng)布置如圖3所示，通信網(wǎng)絡(luò)如圖4所示。

1.1 48 V鋰電池

全新奧迪A8車48 V鋰電池安裝在行李箱坑內(nèi)中間位置（圖5），其外部裝有一個金屬保護(hù)罩。與鉛酸蓄電池相比，鋰電池的能量密度更高，循環(huán)穩(wěn)定性更好，但深度放電會損壞電池或使電池格短路，因此應(yīng)避免其深度放電。

圖1 12 V MHEV與48 V MHEV的電氣結(jié)構(gòu)對比

圖2 全新奧迪A8車48 V系統(tǒng)的組成

如圖6所示，48 V鋰電池主要由13個鋰離子電池格（單個電池格電壓為3.68 V）組成，額定電壓為48 V，電池容量為9.6 Ah，重量約為10 kg，其內(nèi)部還集成有電池管理控制單元、繼電器、熔絲和散熱風(fēng)扇。電池管理控制單元負(fù)責(zé)測量各個電池格的電壓和溫度，并把這些數(shù)據(jù)通過混合動力CAN總線傳給數(shù)據(jù)總線診斷接口（J533）。如果電池溫度超過了28 ℃，電池管理控制單元會接通內(nèi)部的散熱風(fēng)扇。

圖3 全新奧迪A8車48 V系統(tǒng)的電網(wǎng)布置

圖4 全新奧迪A8車48 V系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)

圖5 48 V鋰電池的安裝位置

如果識別出碰撞事故，出于安全考慮，需要斷開48 V鋰電池的供電。在發(fā)生碰撞事故時，安全氣囊控制單元（J234）會將碰撞信號發(fā)送到FlexRay總線上，然后由J533通過混合動力CAN總線將這個信息傳給48 V鋰電池內(nèi)部的電池管理控制單元，由電池管理控制單元斷開48 V鋰電池內(nèi)部的繼電器，從而斷開48 V供電。另外，為確保碰撞信號可靠傳輸，在發(fā)生嚴(yán)重碰撞事故時，J234可通過單獨的導(dǎo)線向電池管理控制單元提供1.75 A～2 A的電流，以斷開48 V鋰電池內(nèi)部的繼電器，從而斷開48 V供電。因輕微碰撞事故而被斷開的48 V供電，可通過切換端子15重新激活；而因嚴(yán)重碰撞事故而被斷開的48 V供電，需使用故障檢測儀進(jìn)行激活。

在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，48 V起動發(fā)電兩用機直接給48 V鋰電池充電。在使用外部的12 V蓄電池充電器（VAS 5903）進(jìn)行充電時，48 V鋰電池通過DC/DC轉(zhuǎn)換器來充電。注意：跨接起動發(fā)動機時，使用分線器TV2上的跨接起動點（圖7）；切勿將12 V蓄電池充電器直接連接到48 V鋰電池上，應(yīng)連接到跨接起動點上。

在電路圖中，48 V鋰電池的編號為A6，48 V正極側(cè)稱為端子40；48 V負(fù)極側(cè)稱為端子41。故障診斷時，可用故障檢測儀進(jìn)入48 V鋰電池的電池管理控制單元（圖8，診斷地址為0021）查看相關(guān)信息。

1.2 48 V起動發(fā)電兩用機

48 V起動發(fā)電兩用機通過多楔傳動帶與發(fā)動機連接，當(dāng)做發(fā)電機用時，它為48 V鋰電池充電，并向DC/DC轉(zhuǎn)換器輸送48 V直流電（額定電壓為51.5 V）；當(dāng)做電動機用時，即可起動發(fā)動機，又可在起步時為發(fā)動機提供助力。注意：發(fā)動機在冷機（發(fā)動機機油溫度＜45 ℃）時由12 V小齒輪式起動機起動（通過12 V小齒輪式起動機上的小齒輪與發(fā)動機飛輪上的齒圈嚙合來起動發(fā)動機），其他時候由48 V起動發(fā)電兩用機起動。

圖6 48 V鋰電池的結(jié)構(gòu)

圖7 跨接起動點位置

圖8 進(jìn)入48 V鋰電池的電池管理控制單元（截屏）

48 V起動發(fā)電兩用機當(dāng)做發(fā)電機用時是從動部件（圖9a），當(dāng)做電動機用時則是主動部件（圖9b），這對多楔傳動帶張緊器的要求很高。重要的是，多楔傳動帶張緊器要能夠保證48 V起動發(fā)電兩用機傳動輪上有盡可能大的多楔傳動帶包復(fù)角。另外，根據(jù)發(fā)動機型號的不同，多楔傳動帶張緊器可直接安裝在48 V起動發(fā)電兩用機上（圖10a），也可安裝在氣缸體上（圖10b）。

圖9 48 V起動發(fā)電兩用機2種工作狀態(tài)

圖10 多楔傳動帶張緊器的安裝位置

由于48 V起動發(fā)電兩用機通過多楔傳動帶與發(fā)動機連接，即使發(fā)動機沒有完全停下來，也是可以再次起動的，應(yīng)用情形為：發(fā)動機自動起停裝置已把發(fā)動機關(guān)閉，但是發(fā)動機并未完全停下來，此時駕駛?cè)擞植认录铀偬ぐ?，因為駕駛?cè)讼肜^續(xù)行駛，48 V起動發(fā)電兩用機重新起動發(fā)動機。

如圖11所示，48 V起動發(fā)電兩用機采用水冷，配備有1個電動冷卻液泵（V621）。48 V起動發(fā)電兩用機通過專用CAN總線與發(fā)動機控制單元（J623）進(jìn)行通信，通過脈沖寬度調(diào)制信號（PWM信號) 控制V621。根據(jù)發(fā)動機型號不同，V621的線路與48 V起動發(fā)電兩用機連接或與J623連接。故障診斷時，可用故障檢測儀執(zhí)行元件測試，以判斷V621的功能好壞。

圖11 48 V起動發(fā)電兩用機的電氣連接情形

在電路圖中，48 V起動發(fā)電兩用機的編號為C29。故障診斷時，可用故障檢測儀進(jìn)入48 V起動發(fā)電兩用機（圖12，診斷地址為00CC）查看相關(guān)信息。

圖12 進(jìn)入48 V起動發(fā)電兩用機（截屏）

1.3 DC/DC轉(zhuǎn)換器

全新奧迪A8車的DC/DC轉(zhuǎn)換器安裝在右后行李箱裝飾板的后面，位于12 V鉛酸蓄電池上方（圖13）。DC/DC轉(zhuǎn)換器一方面能將48 V電壓轉(zhuǎn)換為12 V電壓，為12 V鉛酸蓄電池充電，并為12 V車載電網(wǎng)供電；另一方面，在外接12 V蓄電池充電器時，可將12 V電壓轉(zhuǎn)換成48 V電壓，為48 V鋰電池充電。不同條件下DC/DC轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)見表1所列。

圖13 DC/DC轉(zhuǎn)換器的安裝位置

需要散熱時，DC/DC轉(zhuǎn)換器會激活內(nèi)部散熱風(fēng)扇（V274）。故障診斷時，可用故障檢測儀執(zhí)行元件測試，以判斷V274的功能好壞。

DC/DC轉(zhuǎn)換器端子40的導(dǎo)線連接器及端子41和端子30的螺紋銷均有保護(hù)蓋，要想看到這些連接點，必須先移動并掀開保護(hù)蓋。DC/DC轉(zhuǎn)換器的12 V側(cè)導(dǎo)線連接器具有防止保護(hù)蓋移動的功能，只有先脫開DC/DC轉(zhuǎn)換器的12 V側(cè)導(dǎo)線連接器，才能移動防護(hù)蓋。具體掀開保護(hù)蓋的方法如圖14所示。

在電路圖中，DC/DC轉(zhuǎn)換器的編號為A7。故障診斷時，可用故障檢測儀進(jìn)入DC/DC轉(zhuǎn)換器（圖15，診斷地址為00C4）查看相關(guān)信息。

2 12 V MHEV

如圖16所示，全新奧迪A6L 車12 V系統(tǒng)主要由12 V鋰電池和12 V起動發(fā)電兩用機等部件組成。12 V系統(tǒng)的電網(wǎng)布置如圖17所示，通信網(wǎng)絡(luò)如圖18所示。

表1 不同條件下DC/DC轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)

2.1 12 V鋰電池

如圖19所示，12 V鋰電池主要由4個鋰離子電池格組成，額定電壓為12 V，電池容量為11 Ah，重量約為5 kg，其內(nèi)部也集成有電池管理控制單元和繼電器（該繼電器負(fù)責(zé)斷開正極接線柱）。12 V鋰電池?zé)o需主動冷卻。

圖14 掀開DC/DC轉(zhuǎn)換器連接點保護(hù)蓋的方法演示

圖15 進(jìn)入DC/DC轉(zhuǎn)換器（截屏）

圖16 全新奧迪A6L車12 V系統(tǒng)的組成

圖17 全新奧迪A6L車12 V系統(tǒng)的電網(wǎng)布置

圖18 全新奧迪A6L車48 V系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)

圖19 全新奧迪A6L車12 V鋰電池的結(jié)構(gòu)

12 V鋰電池與12 V鉛酸蓄電池并聯(lián)，根據(jù)發(fā)動機型號情況，在起動過程中或起動剛完成后12 V鋰電池通過其內(nèi)部繼電器接通；斷開點火開關(guān)，繼電器也斷開；但在某些特定工況（如在散熱風(fēng)扇或輔助冷卻液泵續(xù)動過程中）下，該繼電器在斷開點火開關(guān)后仍會保持接通狀態(tài)。

如果把一個外部充電器接到車載供電網(wǎng)上，那么即使點火開關(guān)未接通，約30 s后12 V鋰電池內(nèi)部的繼電器也會接通，以便為12 V鋰電池充電。在發(fā)生了碰撞事故時，J234會把一個信號發(fā)送到12 V鋰電池內(nèi)的電池管理控制單元上，從而使繼電器斷開。

在電路圖中，12 V鋰電池的編號為A1。故障診斷時，可用故障檢測儀進(jìn)入12 V鋰電池的電池管理控制單元（圖20，診斷地址為0080）查看相關(guān)信息。

圖20 進(jìn)入12 V鋰電池的電池管理控制單元（截屏）

2.2 12 V起動發(fā)電兩用機

12 V起動發(fā)電兩用機與48 V起動發(fā)電兩用機的結(jié)構(gòu)及功能基本一致，其主要區(qū)別在于工作電壓不同。另外，12 V起動發(fā)電兩用機采用風(fēng)冷方式，通過LIN總線與發(fā)動機控制單元通信，無獨立的診斷地址碼，可用故障檢測儀進(jìn)入發(fā)動機控制單元查看相關(guān)信息（圖21）。在電路圖中的編號也為C29。

圖21 進(jìn)入發(fā)動機控制單元查看12 V起動發(fā)電兩用機的相關(guān)數(shù)據(jù)（截屏）